张继松(中国西南应用磁学研究所,四川绵阳621000)
介绍软磁铁氧体材料的种类及性能和在电子变压器中的应用,对其发展方向也进行了简要描述。
1前言
软磁铁氧材料作为一种功能材料已在国民经济的各个领域得到广泛的应用。随着信息产业、数字技术及光纤通信技术等的发展,软磁铁氧体的应用领域还在不断扩展,几乎覆盖了已有的各种频段的整机、设备分机和元器件,与人们的日常生活息息相关。
软磁铁氧体材料的发明与实用化,至今已有半个世纪。由于它具有高磁导率、高电阻率、低损耗及陶瓷的耐磨性,因而用软磁铁氧体材料制作的偏转线圈、回扫变压器、旋转变压器、中周变压器、脉冲变压器、开关电源、滤波器、扼流圈、电感器、抗电磁干扰变压器、电子镇流器等(广义称为电子变压器)在计算机、微型手机、通信、办公自动化、显示器、远程监控、彩色电视接收机、视听装置、家用电器、电磁兼容、绿色照明、环保节能及电子信息中起着滤波、阻抗变换、能量储存及能量转换等作用,得到广泛的应用。
电子变压器是应用软磁铁氧体材料的一种主要电子元器件。由于电子变压器在上述仪器、设备中所起的作用不同,所选用的电子电路不同,对磁性材料参数及磁芯形状和尺寸的要求亦不同,从而促使软磁材料生产厂家开发和生产能满足不同电子变压器所需性能的软磁材料及不同形状和尺寸的软磁磁芯。
2软磁铁氧体材料
软磁铁氧体材料按成份可分为MnZn、NiZn、MnMgZn等尖晶石型和平面型六角晶系两类。从应用角度看,又可分为高磁导率(高μ)、高饱和磁通密度(Bs)及高频大功率(功率铁氧体)等几大类。
2.1MnZn铁氧体材料
2.1.1功率铁氧体材料
功率铁氧体材料主要应用于开关电源的主变压器。它要求软磁铁氧体材料具有高饱和磁通密度(Bs)和高振幅磁导率(μa)以提高功率转换效率并避免饱和;要求材料的功率损耗(PO)尽量小,希望呈负温度系数,以避免变压器在高频下发热,为了在高温下保持高的Bs值、材料的居里温度(θt)应较高,要求在高磁通密度下(B=20mT)、高温下(80℃~100℃)和高频下(20kHz~50kHz),有低的功率损耗。功率损耗从理论上分为磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗,根据其对频率的依赖性不同来区分,涡流损耗的大小与电阻率的倒数成正比。高电阻率是功率铁氧体最重要的性能,它是通过加入适量的添加剂来获得的。随着高频开关电源的工作频率发展到0.5MHz~1MHz,相应功率的铁氧体材料也已商品化、在80℃~100℃、500kHz、50mT下,磁芯损耗为80kW/m3~100kW/m3。专家们预测,未来开关电源的频率将达到1MHz或更高频率,那么,功率铁氧体将需开发工作频率为100kHz~300kHz、200mT、100℃时磁芯损耗为