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高頻電子試驗變壓器的發展方向,高頻電子試驗變壓器的大特點就是高頻化。從變壓器的工作原理來看,提高工作頻率,可以減少變壓器。高頻電子試驗變壓器的發展方向,高頻電子試驗變壓器的大特點就是高頻化。從變壓器的工作原理來看,提高工作頻率,可以減少變壓器的體積和重量,也就是實現短小輕薄化,從而提高單位體積(或重量)傳輸功率,也就是高功率密度化。這些都是高頻電子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,作為高頻電子變壓器的發展方向。下面從高頻電子變壓器的整體結構、磁芯材料和結構、線圈材料和結構幾個方面,提出一些發展方向的意見。
1整體結構
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展方向是從立體結構向平面結構、片式結構、薄膜結構發展,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。
變壓器的整體結構的發展,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工藝方面也帶來新的發展方向。在設計方面,除了要研究各種新結構的電磁場分布,如何達到佳的優化設計,還要研究多層結構的各種問題。在生產工藝方面,要研究各種新的加工方法,從而保證性能的一致性和實現加工工藝的機械化和自動化等。
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展方向,經過近十年的研究開發,壓電變壓器已經在一些領域中得到了實際應用。
采用計算機對整體結構方案進行優化和具體設計,是現在各種電子器件的主要發展方向之一,當然也是高頻電子變壓器的一個主要發展方向。這樣可以縮短設計時間,減少材料用量,縮短生產周期,降低成本。
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關鍵的部件。磁芯材料的主要發展方向是降低損耗,加寬使用的溫度范圍和降低成本。磁芯結構的主要發展方向是如何形成形狀和尺寸佳(對電磁性能、散熱、用量和成本等參數)的平面磁芯、片式磁芯和薄膜磁芯。
現在各種軟磁材料,都在不斷地改進和開發,以競爭高頻電子變壓器的市場。
軟磁鐵氧體是現在高頻電子變壓器使用的主要磁芯材料,發展方向是開發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公司在2003年開發出寬溫低損耗材料PC95,在25℃~120℃溫度范圍內損耗都小于350mW/cm3(在100kHz200mT條件下)。在80℃時損耗小,為280mW/cm3.
25℃時Bs為540mT,100℃時,Bs為420mT.還開發出高溫高飽和磁密材料PE33,居里點Tc290℃,在100℃下,Bs為450mT.在100℃,100kHz200mT條件下,Pc1100mW/cm3,日本FDK公司,德國EPCOS公司、Ferrocube公司也開發出類似的高溫高飽和磁密材料。
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,i為30000左右。抗電磁干擾電感器用HS10,同時具有良好的頻率特性和阻抗特性,在500kHz仍具有較高磁導率,雖然初始磁導率不高,只有10000左右。高磁導率高飽和磁密材料DN50,在25℃時Bs為550mT,在100℃時Bs為380mT,i為5200左右,居里溫度Tc210℃。
在新工藝方面,自蔓延高溫合成法(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,生產效率與產品純度高,對環境無污染,已經成功合成Mg、MgZn、MnZn、NiZn鐵氧體,正在實現產業化。
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展方向。 由于軟磁鐵氧體的飽和磁密低,在20kHz~100kHz的較高頻范圍內,性能價格比的優勢不如100kHz以上的高頻范圍那樣明顯,其他幾種軟磁材料在20kHz~100kHz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品中,充分發揮各種軟磁材料的優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展方向。
硅鋼的特點是飽和磁密高,性能穩定,價格較低,近年來發展了一系列高頻用硅鋼,包括超薄帶硅鋼、6.5硅鋼、梯度硅鋼和含鉻的硅鋼。特別是含鉻的硅鋼已經用于25kHz和70kHz的電子變壓器中。現在硅鋼使用的工作頻率已達到325kHz.