软磁铁氧体在电子变压器中的应用

软磁铁氧体在电子变压器中的应用

      软磁铁氧体是中、高频电源中电子变压器大量使用的铁心材料，和金属软磁材料相比，软磁铁氧体的饱和磁密低，磁导率低，居里温度低，是它的几大弱点。尤其是居里温度低，饱和磁密Bs和单位体积功率损耗Pcv 都会随温度变化。温度上升，Bs下降，Pcv 开始下降，到谷点后再升高。在高温条件下，只要Bs保持较高水平，就可以把工作磁密Bm选得高，从而减少线圈匝数，降低用铜量和成本。高温高饱和磁密软磁铁氧体材料，还可以扩大电子变压器使用的温度上限到120益甚至150益。例如，汽车用电子设备中的高频电子变压器，在外界温度条件变化大和发动机室发热的高温条件下工作，就采用高温高饱和磁密软磁铁氧体。

      中、高频电子变压器用的MnZn 软磁铁氧体，以日本TDK 公司为代表，大致经历了PC30→PC40→PC44→PC50→PC47→PC95→PC90的发展过程。在100℃、100kHz、200mT 测试条件下，单位体积功率损耗不断下降。根据该公司2006年4 月份公布的数据，PC30 为600mW/cm3；PC40 为420 mW/cm3；PC44 为340 mW/cm3；PC47为270 mW/cm3。但是100益下的饱和磁密Bs，PC30、PC40、PC44 基本上都为390 mT，PC47 为410 mT，与理论值600 mT 相差甚远，不能认为是高温高饱和磁密材料。

      近年来，在电子变压器应用领域和金属软磁材料竞争，兴起一轮开发高温高饱和磁密MnZn 铁氧体材料的热潮。日本FDK公司于2003年3 月份开发出4H 系列高温高饱和磁密材料。其中4H45 和4H47 在25℃下，Bs 分别为520 mT和530mT，100℃下分别为450mT和470mT，但在100℃下，功率损耗Pcv比较高，分别为450mW/cm3和650mW /cm3。据称，FDK 公司在实验室条件下开发出4H50 材料，100℃下Bs 为490 mT，但是Pcv相当大，为800mW/cm3。日本TDK公司于2004 年9月开发出PC90 材料，在25℃下，Bs为540mT，Pcv为680 mW/cm3；在100℃下，Bs 为450 mT，Pcv 为320mW/cm3，高于4H45 材料水平。TOKIN公司开发出BH3 材料，在25℃下，其Bs 为540 mT，Pcv 为600 mW/cm3；而在100℃下，Bs 为440 mT，Pcv 为370 mW/cm3。NICERA公司开发出BM30 材料，25℃下Bs 为540 mT，Pcv 为720 mW/cm3；在100℃下，Bs为450mT，Pcv为320mW/cm3。日立金属公司开发出来的高铁低锌铁氧体材料，Bs在25℃下，为563 mT；在100℃下为560 mT，基本不变，150℃为490 mT，但是在100℃、100 kHz、200 mT 测试条件下，Pcv为1700mW/cm3，偏高，改进。

      许多电源设备不但要求电子变压器在工作下，也在高温时损耗要小，还要求待机下，也在常温时损耗也要小。这些电子变压器可以采用宽温低功耗软磁铁氧体。日本TDK公司开发的PC95 近年来出现的高水平宽温铁氧体材料。25℃时，功耗Pcv为350mW/cm3，80℃时为280mW/cm3，100℃为290mW/cm3，120℃时为350mW/cm3，在100℃时饱和磁密为410mT。

      近年来，还开发出一系列高磁导率μ软磁铁氧体材料，电子电源设备中脉冲变压器用的，要求磁导率μ较高，有TDK 公司的H5C3，μ为15 000±30%，H5C5，μ为30 000±30%。EPCOS公司的T56，μ为20000±30%。电磁干扰滤波用的，要求磁导率频率特性好，有TDK 公司HS52，μ为5 500±25%；HS72，μ为7 500±25%；HS10，μ为10000±25%。HITACHI公司的MP15T，μ为15000±25%，都可以在500kHz 以下工作。直流滤波用的，要求直流叠加特性好，有TDK公司的DN45，μ为4500±25%，使用温度0~70℃，和改进后的DNW45，μ为4 200±25%，使用温度-40℃~+85℃，川崎公司的SK-202G，使用温度-40℃~+85℃，μ为4300±25%，以及高饱和磁密高磁导率材料，如TDK 公司的DN50，μ为5 200±20%，Bs在25℃时为550 mT，100℃时为380 mT，居里温度Tc≥210℃。