非晶微晶軟磁合金系列電感材料及器件的開發(fā)應用

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1、非晶微晶軟磁合金系列電感材料及器件的開發(fā)應用DevelopmentofAmorphous&NanocrystallineSoftMagneticAlloyMaterials&CoresforInductor摘要：本文介紹了我所近幾年來利用非晶微晶合金優(yōu)異的軟磁性，通過不同的熱處理方式和加工方式研制開發(fā)應用有效磁導率從幾十到幾萬的系列電感材料及器件，用作各種電感器件，取得了良好的應用效果。1前言非晶合金是采用超急冷技術(shù)將液態(tài)金屬直接冷卻形成厚度0.02~0.04mm的固體薄帶，該合金具有獨特的性能，如優(yōu)異的磁性，耐蝕性、耐磨性、高

2、強度和硬度等。隨著快淬技術(shù)工藝的發(fā)展，80年代末，日本學者又在非晶化基礎上發(fā)明了微晶合金材料，不僅保留了非晶合金的性能特點，而且還具有更優(yōu)異的軟磁特性。由于它們性能優(yōu)異，生產(chǎn)工藝簡單，價格低廉，而獲得了迅速發(fā)展。作為高新技術(shù)產(chǎn)品，大量的非晶微晶合金制品正在逐漸替代坡莫合金和高性能鐵氧體產(chǎn)品，以滿足電子工業(yè)向高頻、大電流、節(jié)能方面發(fā)展的需要。常用非晶微晶軟磁合金及性見表1。非晶微晶合金家族中應用前景良好的應是鐵基非晶和鐵基微晶合金材料，它們最佳應用頻帶是kHz，這一頻段又是今天電子技術(shù)發(fā)展最為活躍的領域，使得非晶微晶合金材料制成的

3、磁性元器件得到廣泛應用。非晶微晶合金材料可以通過熱處理工藝、熱處理方式及加工技術(shù)等來調(diào)整改變其軟磁特性，使其制成的磁性器件能滿足不同場合不同條件的使用要求，拓展其在電力電子領域的應用市場。我所利用該合金材料這一特點研究開發(fā)出有效磁導率從幾十到幾萬非晶微晶合金系列電感材料及器件，用作各種條件的電感鐵芯，取得的良好的應用效果、經(jīng)濟效益和社會效益，某些產(chǎn)品填補了國內(nèi)非晶微晶合金產(chǎn)品的空白。2非晶微晶合金材料在高頻開關電源中應用簡述隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，高頻開關電源的三大主力市場：通信、計算機和消費電子也將得到迅速發(fā)展。無論是AC

4、/DC或DC/DC電源，除功率晶體管外，由高性能磁性材料制成的主變壓器、扼流圈及其他電感器（如抗噪聲濾波器）是極重要的元件，其磁性能和尺寸直接關系到電源的轉(zhuǎn)換功率和功率密度等。非晶微晶軟磁合金材料的帶厚和電阻率決定其最佳應用頻率范圍是kHz頻帶，正好與目前高頻開關電源頻帶相重合，所以高頻開關電源用非晶微晶合金磁性器件的研究開發(fā)應用工作非常活躍。高頻開關電源中使用的磁性器件較多，如圖1所示，目前常用的器件均為開關電源的核心元件，如功率變壓器、電流互感器、共模電感、扼流圈、濾波電感、可飽和電感、尖峰信號抑制器及抗噪音干擾器件等。多年

5、來我們研究開發(fā)了多種規(guī)格的非晶微晶合金的O型、C型、CD型等開關電源功率變壓器鐵芯應用在中頻電源、逆變電源、程控交換機及逆變焊機用電源變壓器等（如表2所列的應用實例）。這些高新技術(shù)產(chǎn)品的成功應用，不僅提高非晶微晶合金材料及器件的技術(shù)和生產(chǎn)能力，而且還促使非晶產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。由圖1可知，高頻開關電源中另一類大量應用的磁性器件是電感元件，尤其是高頻大功率大電流開關電源的各類電感器件往往是設計者最難選擇的器件之一，價格低廉的硅鋼和鐵粉芯，頻率特性不佳，易發(fā)熱影響開關管工作；常規(guī)高性能鐵氧體，飽和磁感和居里點低，往往要增加磁芯尺寸和加大氣

6、隙，增加使用困難；選用坡莫合金的電感器件又因其含Ni量達50~80%價格貴成本高，而且大電流條件下使用的磁粉芯（MPP)基本上依賴進口，性能價格比極不理想。我們選用價格適中性能優(yōu)異的非晶微晶合金軟磁材料，通過熱處理方法、工藝及加工技術(shù)等來調(diào)整其軟磁特性，研制開發(fā)了有效磁導率從幾十到幾萬的系列電感材料及器件來滿足不同條件的電感特性需要。3非晶微晶合金系列電感材料及器件的開發(fā)應用3.1簡述隨著高頻技術(shù)的廣泛應用，人們對電磁兼容（EMC)、噪音污染等問題越來越重視，抗EMI技術(shù)現(xiàn)已成為一門新型的技術(shù)和新型的產(chǎn)業(yè)，解決電子設備的電磁兼容

7、性更加迫切，各種各樣的抗電磁干擾抑制噪音等磁性器件得到廣泛應用，這些器件的關鍵元件之一就是電感器件，另外由于常用高頻開關電源中的電感器件工作頻帶在kHz頻帶，因而現(xiàn)在非晶微晶合金材料已被廣泛用來制作這類電感器件。近年來，我們在前人工作的基礎上，大力研究開發(fā)應用非晶微晶合金材料系系列電感及器件，不僅開展了較為成熟的橫場退火法和帶氣隙非晶微晶電感鐵芯的工作，而且在國內(nèi)首創(chuàng)鐵基微晶合金的磁粉芯的鐵基非晶無間隙寬恒導電感器件的研究開發(fā)，并使之商品化、系列化，取得良好的應用效果，現(xiàn)已形成有效磁導率從幾十到幾萬的系列電感材料及器件，滿足不同

8、用戶的需要。3.2共模電感及尖峰抑制器共模電感及尖峰抑制器均為小信號工作狀態(tài)，要求電感量越大越好。依據(jù)/100×ι(μH)式中:——有效磁導率——有效截面積/cm2N——繞線匝數(shù)ι——平均磁路長度/cm由式可知，磁芯的有效磁導率越高電感量越大，因而非晶微晶合金的