高頻MnZn鐵氧體的功耗分析.doc

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1、高頻MnZn鐵氧體的功耗分析T.Kawano等段曦東譯摘要：在1OKIIz-5MHz的頻率范

2、韋I和23-120°C的范闈內(nèi)研究了MnZn鐵氧體的功耗頻率年和絕對(duì)復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率山（沖冷卩a"）的關(guān)系。在1MHz以上剩余損耗P「對(duì)總損耗Pc的貢獻(xiàn)超過一半，與叮'的關(guān)系緊密。在1MHz和50mT下，顆粒尺寸為4微米ZnO含量為Omol%的樣品的山''為280,Pc為140KW/O?。然而在400A/m的直流磁化后的剩余狀態(tài)的第二次測(cè)量值上升，再慢慢隨時(shí)間恢復(fù)。這個(gè)行為被認(rèn)為是Fe?+通過陽(yáng)離子空位擴(kuò)散引起的。1.引言為了適應(yīng)

3、開關(guān)電源的需要，最近報(bào)告了低損耗MnZn鐵氧體在500KHZ以上的應(yīng)用。這種應(yīng)用，降低損耗是非常重要的，因?yàn)樵?00KHZ以上它顯著上升。己經(jīng)應(yīng)用了許多方法來分析損耗因子（1,2）,以得到低損耗材料。他們集中于渦流損耗,它與頻率的的平方成止比，與電阻率成反比。對(duì)于多晶MnZn鐵氧體在高頻下的電阻率的下降是不可避免的，因?yàn)轭w粒邊界形成電容，并且電抗1/（2兀fC）在高頻下下降。另一方面,一些硏究者堅(jiān)持在高頻下剩余損耗P「的重要性（2,3）。他們解釋P「的行為是起始磁導(dǎo)率的函數(shù)，Pr應(yīng)該聯(lián)系測(cè)定損耗時(shí)的實(shí)際磁場(chǎng)的估計(jì)的絕

4、對(duì)磁導(dǎo)率來分析。另外，最近報(bào)道了試樣在高磁場(chǎng)下處理后，損耗退化（4）。這種現(xiàn)象對(duì)于開關(guān)電源的應(yīng)用來說是不受歡迎的。本工作的目標(biāo)研究有不同的ZnO含量的試樣的損耗和絕對(duì)磁導(dǎo)率的頻率的依賴性。兩外一個(gè)目標(biāo)是硏究在高DC磁場(chǎng)下處理過的試樣的損耗的退化和恢復(fù)。2實(shí)驗(yàn)A試樣制備和表征用傳統(tǒng)粉末冶金工藝制備了有不同的Fe2O3,MnO,ZnO的MnZn鐵氧體試樣。ZnO的濃度在0—12mol%之間，F(xiàn)e2O3的含量適當(dāng)調(diào)節(jié)，起始磁導(dǎo)率的二峰在90°C附近。每個(gè)磁心的外徑為19mm,內(nèi)徑為10mm,高5mm。用ACB-H分析儀（I

5、watsuSY—8243）在lOKHz和5MHz分析了損耗Pc，絕對(duì)磁導(dǎo)率Pa（=Ma?-jMa,=Bin/Hm）O從環(huán)形試樣上切割下來塊試樣,用顆粒相分析儀（Hewlett-Packard,4194A）分析。用RC并聯(lián)電路計(jì)算了AC電阻率。為了研究磁處理的影響，應(yīng)用了直到400A/M的外場(chǎng)，然后移除。在處理前后都測(cè)定了氏，吋另外在15-100A/Mde范圍內(nèi)，在DC磁場(chǎng)下測(cè)定了有7mol%和沒有ZnO的試樣的DC磁導(dǎo)率。B損耗分析磁滯損耗Ph用損耗一頻率曲線的線性部分來估計(jì)，渦流損耗Pc通過經(jīng)典理論來計(jì)算，這種理論

6、基于在切面上的微電流。Pc由下式給出：Pc=（兀/4）f^B^S/p（1）這里Bm是最大磁通密度，S是環(huán)形磁心的切面面積，p是AC特征電阻率。剩余損耗用Pc—Ph—Pc來估計(jì)。3?結(jié)果與討論APr與Jla”的關(guān)系當(dāng)頻率大于500KHZ時(shí)，片非常重要；而低于lOOKHz時(shí)Ph占主要地位（5）。圖1表明P「隨曲上升而上升，但不隨溫度改變。這樣在高頻下?！陆的苁箵p耗下降。控制卩曠的方法有：（1）降低介電常數(shù)&（2）降低顆粒尺寸；（3）改變化學(xué)成分。然而很難控制￡而不影響M和po盡管在低溫?zé)Y(jié)時(shí)可以得到細(xì)顆粒，但是低于11

7、00°C燒結(jié)時(shí)會(huì)保留非尖晶石相。同時(shí)降低ZnO含量和顆粒尺寸時(shí)得到低pj的有效方法，見圖2。卩＜下降，卩異峰移向高頻，峰前的P「降低。這些結(jié)果說明含有56mol%Fe2O3,44mol%MnO，顆粒尺寸微4微米的試樣在1MHz和50mT下曲為1280,P。為140Kw/m、（比傳統(tǒng)材料低60%）。圖2復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的頻率依賴性°實(shí)線和虛線分別表示Un/Uo的實(shí)部和虛部。B髙磁場(chǎng)下的磁化影響盡管有好的操作性能，試樣在磁化處理后PC退化，見圖3。玖隨著外加磁場(chǎng)的上升而上升，在200A/M處飽和。圖3磁化處理后損耗隨出的改變。

8、EMWod1000246810ZnO/mol%圖4損耗玖比較。（a）磁化處理后（b）磁化磁化處理前。Pc退化隨ZnO含量的增加而下降圖5是陶「作為DC磁場(chǎng)最大值％的函數(shù)。對(duì)于沒有ZnO的試樣，在50A/m（圖5中標(biāo)斑）以前保持恒定，然后上升。在磁處理后，班降到30A/mo含有7mol%的試樣臥大很多，而日此小很多。在磁化處理后，％在30A/m以上的改變也很小。在低于Hb的場(chǎng)下，磁疇壁的移動(dòng)被Fe?+引起的同軸各向異性所限制。使用K2Cr2O7通過氧化還原滴定法確定了Fe?+和陽(yáng)離子空位濃度，結(jié)果見于表1°ZnO含量降

9、低，這些值變大。當(dāng)Ha大于斑，玖明顯退化，見圖3,認(rèn)為磁結(jié)構(gòu)改變了。Pc經(jīng)過磁化處理后的改變見圖4,并且它隨著Fe?+離子濃度的上升而上升。使山知道飽和磁化時(shí)保持恒定是防止在高頻損耗退化保持低損耗的最有效途徑。另一方面，磁化處理后隨著時(shí)間的流逝山和玖都下降到他們的起始值。另外，在磁化以前沒有觀察到的減落，隨著溫度的增加和ZnO含量的減小（這有高