國產(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:1005-9490(2000)02-156-161①國產(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　本文在介紹國產(chǎn)功率鐵氧體特性的基礎(chǔ)上重點探討了它們在內(nèi)偏轉(zhuǎn)組件中的擴展應(yīng)用。通過分析功率鐵氧體R2KBD的特性以及對它進行的相關(guān)測試實驗,進一步認識了功率鐵氧體在內(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中圖分類法:TM277　　　文獻標識碼:A1　引　言　　功率轉(zhuǎn)換是現(xiàn)代鐵氧體應(yīng)用的一個主要方面。隨著新型主頻電源鐵氧體材料的開發(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下應(yīng)用,以滿足電子設(shè)備小型化和輕量化的要求。為滿足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)強度Bs要盡可能高;(2)　磁芯功耗Pc在實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?shù)馗摺Ｔ诟哳l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,對于工作頻率高于100kHz的高頻開關(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以下和大磁場下的功率鐵氧體主要是MnZn材料。這類材料具有高L、Q(磁損耗小)和高Q特性,以便在高頻應(yīng)用時提高線圈的L和Q值,縮小其體積。這類材料還具有窄而長的磁滯回線(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,適于在大磁場下應(yīng)用(表1)。在表1列出的幾種國產(chǎn)MnZn功率鐵氧體參數(shù)中,Bs、Pc、Tc是直接影響它們應(yīng)用效果的三個主要方面。(1)　飽和磁通密度Bs在大電流或有直流偏場的大電流情況下鐵氧體材料是通過磁化來傳遞功率的,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來稿日期:1999-12-13?1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第2期　　　　　　　　　楊曉偉、馬玉龍等:國產(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)強度B,1磁場強度H與磁感應(yīng)強度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。可見在較強磁場下要減小磁滯損耗、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)強度B較高或頻率f較高時,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,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T=0K時,磁化強度Ms(∞Bs)最大,當溫度上升時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