國(guó)產(chǎn)功率鐵氧體特性分析及應(yīng)用

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1、第23卷第2期電　子　器　件Vol.23,No.22000年6月JournalofElectronDevicesJune.2000文章編號(hào):1005-9490(2000)02-156-161①?lài)?guó)產(chǎn)功率鐵氧體特性分析及應(yīng)用3楊曉偉,　馬玉龍,　邱振清(東南大學(xué)電子工程系,南京　210096)(3898廠,南京　210028)　　摘要　本文在介紹國(guó)產(chǎn)功率鐵氧體特性的基礎(chǔ)上重點(diǎn)探討了它們?cè)趦?nèi)偏轉(zhuǎn)組件中的擴(kuò)展應(yīng)用。通過(guò)分析功率鐵氧體R2KBD的特性以及對(duì)它進(jìn)行的相關(guān)測(cè)試實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了功率鐵氧體在內(nèi)偏轉(zhuǎn)組件中的應(yīng)用效果,并提出內(nèi)偏轉(zhuǎn)組件在高

2、頻應(yīng)用時(shí)的研究發(fā)展方向。關(guān)鍵詞:功率鐵氧體;特性參數(shù);內(nèi)偏轉(zhuǎn)CRT;功耗Pc中圖分類(lèi)法:TM277　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A1　引　言　　功率轉(zhuǎn)換是現(xiàn)代鐵氧體應(yīng)用的一個(gè)主要方面。隨著新型主頻電源鐵氧體材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用,軟磁功率鐵氧體不僅適用于制作低頻弱磁范圍的電感器件,而且已適用于更高工作頻率的大磁場(chǎng)下應(yīng)用,以滿(mǎn)足電子設(shè)備小型化和輕量化的要求。為滿(mǎn)足1MHz以下有低磁損耗和大功率應(yīng)用,要求功率鐵氧體材料應(yīng)具有以下基本特性:(1)　飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs要盡可能高;(2)　磁芯功耗Pc在實(shí)際工作頻率和工作溫度范圍(如60～100℃)要盡可能低;(

3、3)　磁導(dǎo)率(大磁場(chǎng)下振幅磁導(dǎo)率La或交直流迭加下增量磁導(dǎo)率L$)要適當(dāng)?shù)馗?。在高頻應(yīng)用下磁芯功耗將增加,導(dǎo)致磁芯有較高溫升,因此附加要求功率鐵氧體材料的居里溫度Tc要高(大于200℃)。另外,對(duì)于工作頻率高于100kHz的高頻開(kāi)關(guān)電源變壓器,還要求材料電阻率Q高,以降低渦流損耗。2　功率鐵氧體材料的特性及應(yīng)用2.1　參數(shù)要求與特性分析應(yīng)用于1MHz以下和大磁場(chǎng)下的功率鐵氧體主要是MnZn材料。這類(lèi)材料具有高L、Q(磁損耗小)和高Q特性,以便在高頻應(yīng)用時(shí)提高線圈的L和Q值,縮小其體積。這類(lèi)材料還具有窄而長(zhǎng)的磁滯回線(剩磁Br和矯頑力H

4、c小),即容易獲得磁性也容易失去磁性,適于在大磁場(chǎng)下應(yīng)用(表1)。在表1列出的幾種國(guó)產(chǎn)MnZn功率鐵氧體參數(shù)中,Bs、Pc、Tc是直接影響它們應(yīng)用效果的三個(gè)主要方面。(1)　飽和磁通密度Bs在大電流或有直流偏場(chǎng)的大電流情況下鐵氧體材料是通過(guò)磁化來(lái)傳遞功率的,所以材料的飽和磁通密度Bs高才能功效大。由材料的B與H之間的關(guān)系可知:①來(lái)稿日期:1999-12-13?1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第2期　　　　　　　　　楊曉偉、馬玉龍等:國(guó)產(chǎn)功率鐵氧

5、體特性分析及應(yīng)用　　　　　　　　　　157H→0BBLi=lim　　　或　　　L=(1)HH式(1)表明高磁導(dǎo)率材料可在減小磁化電流I(H-nI)的情況下獲得較高的磁感應(yīng)強(qiáng)度B,1磁場(chǎng)強(qiáng)度H與磁感應(yīng)強(qiáng)度B之間的轉(zhuǎn)換效率就高;這可減小功耗和溫升,不使Bs(-∞)T下降,從而在大磁場(chǎng)應(yīng)用中材料將保持較高的轉(zhuǎn)換功效。由于磁芯最大磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm和磁滯損耗角正切tanDh的關(guān)系式定義為:2PtanDh8b=3?Bm=aBm(2)LEL0Li8b其中:a=3是磁滯損耗系數(shù),因此將Bm、Li與磁滯回線的面積聯(lián)系起來(lái)看,在Bm相同條EL0Li件下,狹

6、窄的回線Li高,磁滯回線面積小。可見(jiàn)在較強(qiáng)磁場(chǎng)下要減小磁滯損耗、降低溫升和保持較高的Bs,材料的Li應(yīng)高,而Hc要小。(2)磁芯損耗Pc鐵氧體材料的單位體積的總損耗W是渦流損耗We、磁滯損耗Wh和剩余損耗Wc三部分組成,在磁感應(yīng)強(qiáng)度B較高或頻率f較高時(shí),磁芯總損耗由下式表示:mnPc=KfB(3)式中,K——常數(shù);f——頻率;B——磁通密度;n——Steinmetz指數(shù);m——指數(shù)。由式(3)可見(jiàn),提高工作頻率和工作磁通密度都將使磁芯損耗增加,引起溫升。因此在3規(guī)定磁芯的損耗密度下(200mW?cm是一個(gè)適宜的限制值),提高工作頻率,

7、必須相應(yīng)降低工作磁通密度(圖1)。(3)居里溫度Tc3在鐵氧體材料的應(yīng)用中,為了改善溫圖1　在200mW?cm功耗值時(shí)B與f的關(guān)系度穩(wěn)定性,希望材料有盡可能高的居里溫度。當(dāng)T=0K時(shí),磁化強(qiáng)度Ms(∞Bs)最大,當(dāng)溫度上升時(shí)Ms減小,溫度上升到居里溫度Tc以后,Ms變?yōu)榱?。磁芯材料只在TTc時(shí)它們的磁化率很小,并基本失去磁性。表1　功率鐵氧體材料電磁特性特　　性R2KDR2KBDR2KB1R1.4K測(cè)試條件工作頻率f?kHz15～10020～100≤500≤1MHz初始磁導(dǎo)率Li25002500230014

8、00(1)800A?m;(2)1194A?m1)2)2)3)飽和磁通密度Bs?mT480510510485(3)1699A?m剩磁Br?mT12011795190-1矯頑力Hc?A·m161214.335?1995-20