高頻變壓器發(fā)展方向有何特色呢?
你知道高頻變壓器特點是什么嗎?你知道什么是高頻變壓器密度化??你知道什么才是高頻變壓器的發(fā)展方向呢?
高頻電子變壓器最大的特點就是就是高頻化。從其的工作原理來看,工作頻率升高,可以減小變壓器的體積和重量,也就是實現(xiàn)短小輕薄化,從而提高單位體??或重??傳輸功率,也就是高功率密度化??/span>
這些都是高頻變壓器本身固有的特點和直接帶來的結果,而不能簡單地把高頻化、短小輕薄化、高功率密度化,作為高頻變壓器的發(fā)展方向??/span>
下面從高頻變壓器的整體結構、磁芯材料和結構、線圈材料和結構幾個方面,提出一些發(fā)展方向的意見??/span>
1、整體結??/span>
為適應電子設備愈來愈輕薄短小,高頻電子變壓器一個主要發(fā)展方向是從立體結構向平面結構、片式結構、薄膜結構發(fā)展,從而形成一代又一代的新的高頻電子變壓器:平面變壓器、片式變壓器、薄膜變壓器。高頻電子變壓器的整體結構的發(fā)展,不但形成新的磁芯結構和線圈結構,采用新的材料,而且對設計方面和生產(chǎn)工藝方面也帶來新的發(fā)展方向。在設計方面,除了要研究各種新結構的電磁場分布,如何達到最佳的優(yōu)化設計,還要研究多層結構的各種問題。在生產(chǎn)工藝方面,要研究各種新的加工方法,從而保證性能的一致性和實現(xiàn)加工工藝的機械化和自動化等??/span>
在MHz級高頻電子變壓器中,愈來愈多的應用領域采用空心變壓器。探討空心變壓器的結構、設計方法、制造工藝和應用特點也是其研究和發(fā)展方向。另外,壓電變壓器等新工作原理的高頻電子變壓器的研究也是發(fā)展方向,經(jīng)過近十年的研究開發(fā),壓電變壓器已經(jīng)在一些領域中得到了實際應用??/span>
采用計算機對整體結構方案進行優(yōu)化和具體設計,是現(xiàn)在各種電子器件的主要發(fā)展方向之一,當然也是高頻電子變壓器的一個主要發(fā)展方向。這樣可以縮短設計時間,減少材料用量,縮短生產(chǎn)周期,降低成本??/span>
2、磁芯材料和結構
磁芯在采用軟磁材料,以電磁感應原理工作的高頻電子變壓器中是最關鍵的部件。磁芯材料的主要發(fā)展方向是降低損耗,加寬使用的溫度范圍和降低成本。磁芯結構的主要發(fā)展方向是如何形成形狀和尺寸最??對電磁性能、散熱、用量和成本等參??的平面磁芯、片式磁芯和薄膜磁芯??/span>
現(xiàn)在各種軟磁材料,都在不斷地改進和開發(fā),以競爭高頻電子變壓器的市場??/span>
軟磁鐵氧體是現(xiàn)在高頻電子變壓器使用的主要磁芯材料,發(fā)展方向是開發(fā)性能更好的新品種和降低成本的新工藝。在材料新品種方面,日本TDK公司??003年開發(fā)出寬溫低損耗材料PC95,在25℃~120℃溫度范圍內損耗都小于350mW/cm3(??00kHz×200mT條件????/span>
??0℃時損耗最小,??80mW/cm3??5℃時Bs??40mT??00℃時,Bs??20mT。還開發(fā)出高溫高飽和磁密材料PE33,居里點Tc>290℃,??00℃下,Bs??50mT。在100℃,100kHz×200mT條件下,Pc≤1100mW/cm3,日本FDK公司,德國EPCOS公司、Ferrocube公司也開發(fā)出類似的高溫高飽和磁密材料??/span>
高磁導率材料也有許多新品種,如TDK公司的脈沖變壓器用H5C5??mu;i??0000左右??闺姶鸥蓴_電感器用HS10,同時具有良好的頻率特性和阻抗特性,??00kHz仍具有較高磁導率,雖然初始磁導率不高,只??0000左右。高磁導率高飽和磁密材料DN50,在25℃時Bs??50mT,在100℃時Bs??80mT??mu;i??200左右,居里溫度Tc≥210℃??/span>
在新工藝方面,自蔓延高溫合成??/span>(SHS)是近年來的研究熱點,其原理是利用反應物內部的化學能來合成材料。整個工藝極為簡單,能耗低,生產(chǎn)效率與產(chǎn)品純度高,對環(huán)境無污染,已經(jīng)成功合成Mg、MgZn、MnZn、NiZn鐵氧體,正在實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化??/span>
火花等離子燒結法(SPS),可以成功地制成多層MnZn鐵氧體和坡莫合金復合軟磁材料磁芯,同時具有MnZn鐵氧體的高頻低損耗特性和坡莫合金的高磁導率高飽和磁密特性,這種復合軟磁材料磁芯,將使高頻電子變壓器的性能明顯地提高。其他工藝如自燃燒合成法、快速燃燒合成法、水熱合成法、新型水熱合成法、機械合金法、微波燒結等,近年來均開展了大量研究,都符合提高性能和降低成本的發(fā)展方向??/span>
由于軟磁鐵氧體的飽和磁密低,??0kHz??00kHz的較高頻范圍內,性能價格比的優(yōu)勢不如100kHz以上的高頻范圍那樣明顯,其他幾種軟磁材料??0kHz??00kHz的較高頻范圍內,與軟磁鐵氧體展開激烈的競爭。各種軟磁材料都有各自的特點,因此,如何在具體的高頻電子變壓器產(chǎn)品中,充分發(fā)揮各種軟磁材料的優(yōu)點以達到更好的性能價格比,是高頻電子變壓器所用的軟磁材料的發(fā)展方向??/span>
硅鋼的特點是飽和磁密高,性能穩(wěn)定,價格較低,近年來發(fā)展了一系列高頻用硅鋼,包括超薄帶硅鋼??.5%硅鋼、梯度硅鋼和含鉻的硅鋼。特別是含鉻的硅鋼已經(jīng)用??5kHz??0kHz的電子變壓器中?,F(xiàn)在硅鋼使用的工作頻率已達??25kHz??/span>高磁導坡莫合金的特點是磁導率高,環(huán)境適應性好,但是價格貴,近年來發(fā)展的坡莫合金超薄帶,使用的工作頻率已超??MHz,在特殊要求的地方和軍工設備中使用??/span>
鈷基非晶合金是現(xiàn)有軟磁材料中高頻損耗最低的一種材料,價格貴,但是,在200kHz以上的高頻中使用,磁芯重量小,價格因素不突出,目前在200kHz??MHz的高頻電子變壓器中大量使用??/span>
軟磁復合材料現(xiàn)在成為高頻電子變壓器用磁芯材料的一大發(fā)展方向,它與傳統(tǒng)的軟磁鐵氧體和軟磁合金相比,其磁性金屬粒子或者薄膜,可以分布在非導體和其他材料中,使高頻損耗明顯降低,提高了工作頻率。同時,其加工工藝既可采用熱壓法加工成粉芯,也可以利用現(xiàn)在的塑料工程技術,注塑成復雜形狀的磁芯,具有密度小、重量輕、生產(chǎn)效率高、成本低,產(chǎn)品重復性和一致性好等特點。還可以采用不同的配比,改變磁性??
上面已介紹軟磁鐵氧體和坡莫合金組成的復合材料的例子,現(xiàn)在已開發(fā)出工作頻率10kHz以上的軟磁復合材料粉芯,在高頻用濾波電感器中可代替軟磁鐵氧體??/span>根據(jù)高頻電子變壓器整體結構的發(fā)展要求,磁芯結構的發(fā)展方向是平面磁芯、片式磁芯和薄膜磁芯。平面磁芯以前有的是用原來的軟磁鐵氧體磁芯進行改造,現(xiàn)在已有專門用于平面變壓器的各種低高度軟磁鐵氧體磁芯。將來還可能開發(fā)出各種低高度軟磁復合材料磁芯。片式變壓器的磁芯除了將平面磁芯進一步壓縮而外,也有采用共燒法制造的片式磁芯。薄膜磁芯和磁性材料是現(xiàn)在高頻電子變壓器最活躍的發(fā)展方向之一,將成為MHz以上高頻電子變壓器的主要磁芯材料和結構,有可能將薄膜電子變壓器的高度做到1mm以下,可以裝入各種卡片內??/span>
國內已建立幾個中心在大力研究?,F(xiàn)在希望能把材料開發(fā),電子變壓器制造和應用單位聯(lián)合起來,盡快把國內開發(fā)出的薄膜軟磁材料變成電子信息產(chǎn)品中的高頻電子變壓器磁芯,形成國內有自主知識產(chǎn)權的薄膜變壓器??/span>
3、線圈材料和結構
隨著高頻電子變壓器整體結構的發(fā)展,線圈結構主要的發(fā)展方向是平面線圈,片式線圈和薄膜線圈,其中又包括多層結構。各種線圈結構的材料選用,也有一些新發(fā)展??/span>
立體結構的高頻變壓器線圈,導線材料由于考慮集膚效應和鄰近效應,采用多股絞線(里茲??,有時也采用扁銅線和銅帶。絕緣材料采用耐熱等級高的材料,以便提高允許溫升和縮小線圈體積,采用雙層和三層絕緣導線,可以減少線圈尺寸。舉一個例子,最近,國內開發(fā)出以納米技術把云母泳涂在銅線上的C級絕緣電磁線,已經(jīng)在工頻電機和變壓器中應用,取得良好的效果,估計在高頻電子變壓器中也會得到應用??/span>
平面結構線圈,導線采用銅箔,大多數(shù)采用單層和多層印刷電路板制造,也有采用一定圖形的銅箔,多個折疊而成的。絕緣材料一般采用B級材??/span>薄膜結構線圈,導線采用銅、銀和金薄膜,制成梳形、螺旋形、運動場形等圖形,絕緣材料采用H級和C級材料。也有采用多層結構的,或者是幾個多層線圈組合起來,或者是幾個線圈和幾個磁芯交叉重疊而成。總之,薄膜變壓器是現(xiàn)在正在大力開發(fā)的高頻電子變壓器,許多結構并不定型,也許,還會出現(xiàn)許多新的線圈結構??/span>