軟磁鐵氧體在電子變壓器中的應用

軟磁鐵氧體在電子變壓器中的應用

      軟磁鐵氧體是中、高頻電源中電子變壓器大量使用的鐵心材料，和金屬軟磁材料相比，軟磁鐵氧體的飽和磁密低，磁導率低，居里溫度低，是它的幾大弱點。尤其是居里溫度低，飽和磁密Bs和單位體積功率損耗Pcv 都會隨溫度變化。溫度上升，Bs下降，Pcv 開始下降，到谷點后再升高。在高溫條件下，只要Bs保持較高水平，就可以把工作磁密Bm選得高，從而減少線圈匝數，降低用銅量和成本。高溫高飽和磁密軟磁鐵氧體材料，還可以擴大電子變壓器使用的溫度上限到120益甚至150益。例如，汽車用電子設備中的高頻電子變壓器，在外界溫度條件變化大和發動機室發熱的高溫條件下工作，就采用高溫高飽和磁密軟磁鐵氧體。

      中、高頻電子變壓器用的MnZn 軟磁鐵氧體，以日本TDK 公司為代表，大致經歷了PC30→PC40→PC44→PC50→PC47→PC95→PC90的發展過程。在100℃、100kHz、200mT 測試條件下，單位體積功率損耗不斷下降。根據該公司2006年4 月份公布的數據，PC30 為600mW/cm3；PC40 為420 mW/cm3；PC44 為340 mW/cm3；PC47為270 mW/cm3。但是100益下的飽和磁密Bs，PC30、PC40、PC44 基本上都為390 mT，PC47 為410 mT，與理論值600 mT 相差甚遠，不能認為是高溫高飽和磁密材料。

      近年來，在電子變壓器應用領域和金屬軟磁材料競爭，興起一輪開發高溫高飽和磁密MnZn 鐵氧體材料的熱潮。日本FDK公司于2003年3 月份開發出4H 系列高溫高飽和磁密材料。其中4H45 和4H47 在25℃下，Bs 分別為520 mT和530mT，100℃下分別為450mT和470mT，但在100℃下，功率損耗Pcv比較高，分別為450mW/cm3和650mW /cm3。據稱，FDK 公司在實驗室條件下開發出4H50 材料，100℃下Bs 為490 mT，但是Pcv相當大，為800mW/cm3。日本TDK公司于2004 年9月開發出PC90 材料，在25℃下，Bs為540mT，Pcv為680 mW/cm3；在100℃下，Bs 為450 mT，Pcv 為320mW/cm3，高于4H45 材料水平。TOKIN公司開發出BH3 材料，在25℃下，其Bs 為540 mT，Pcv 為600 mW/cm3；而在100℃下，Bs 為440 mT，Pcv 為370 mW/cm3。NICERA公司開發出BM30 材料，25℃下Bs 為540 mT，Pcv 為720 mW/cm3；在100℃下，Bs為450mT，Pcv為320mW/cm3。日立金屬公司開發出來的高鐵低鋅鐵氧體材料，Bs在25℃下，為563 mT；在100℃下為560 mT，基本不變，150℃為490 mT，但是在100℃、100 kHz、200 mT 測試條件下，Pcv為1700mW/cm3，偏高，改進。

      許多電源設備不但要求電子變壓器在工作下，也在高溫時損耗要小，還要求待機下，也在常溫時損耗也要小。這些電子變壓器可以采用寬溫低功耗軟磁鐵氧體。日本TDK公司開發的PC95 近年來出現的高水平寬溫鐵氧體材料。25℃時，功耗Pcv為350mW/cm3，80℃時為280mW/cm3，100℃為290mW/cm3，120℃時為350mW/cm3，在100℃時飽和磁密為410mT。

      近年來，還開發出一系列高磁導率μ軟磁鐵氧體材料，電子電源設備中脈沖變壓器用的，要求磁導率μ較高，有TDK 公司的H5C3，μ為15 000±30%，H5C5，μ為30 000±30%。EPCOS公司的T56，μ為20000±30%。電磁干擾濾波用的，要求磁導率頻率特性好，有TDK 公司HS52，μ為5 500±25%；HS72，μ為7 500±25%；HS10，μ為10000±25%。HITACHI公司的MP15T，μ為15000±25%，都可以在500kHz 以下工作。直流濾波用的，要求直流疊加特性好，有TDK公司的DN45，μ為4500±25%，使用溫度0~70℃，和改進后的DNW45，μ為4 200±25%，使用溫度-40℃~+85℃，川崎公司的SK-202G，使用溫度-40℃~+85℃，μ為4300±25%，以及高飽和磁密高磁導率材料，如TDK 公司的DN50，μ為5 200±20%，Bs在25℃時為550 mT，100℃時為380 mT，居里溫度Tc≥210℃。