《Fe对磁芯功率损耗的影响》.pdf

Mn-Zn 铁氧体中的铁含量对磁芯损耗及其稳定性的影响 （制造PC44 、PC50 等低功耗材料必读文献，转载自国际电子变压器） 1． 引言 随着电器的小型化和节能化，对电源进一步小型化的要求日益提高。作为开关电源 小型化的途径，提高变压器的驱动频率被认为是有效的。以前在数百 kHz 使用的 Mn-Zn 铁氧体材料中，存在高频下产生的损耗分量。因此，在高频下使用时因发热 大而难以使用。于是，用于变压器的Mn-Zn 铁氧体材料，分别采用各频段适用的材 料。在1MHz 频段使用的Mn-Zn 铁氧体中，为了降低高频下增大的损耗，研究了主 成分的组成和添加物、粉体特性和磁结条件。作为降低高频下产生的损耗的一种方 法，认为细化晶粒是有效的。其理由是，高频下剩余损耗占主导地位，这种损耗是 由畴壁共振产生的。通过细化晶粒，畴壁减少而成为不产生畴壁共振的材料，由此 企求降低剩余损耗。此外，与频率的二次方成正比的涡流损耗也占有大的比例，通 过在晶界形成高电阻层，可谋求降低涡流损耗。为了降低磁芯损耗，对它也做了很 多分析。近年，在磁芯损耗的分离中，提出了将与频率的二次方成正比的损耗实验 分离为与电阻率有关的分量和其余的分量的方法；还提出了以电磁特性为参量模拟 磁芯损耗的方法。 本文中，对在很低的1100℃烧结的、用于1MHz 频段的Mn-Zn 铁氧体，研究了其主 成分的组成对电磁特性（主要是磁芯损耗）的影响；另外，为了考察这种铁氧体对 实际应用的适应性，还研究了磁芯损耗对外加磁通密度的稳定性。 2 实验方法 按所定成分称量工业用原料 、MnO 、ZnO ，用球磨机湿式混合后，在空气中 850℃预绕3h 。在所得的预烧料中添加一定量的 、 、 和 ， 用球磨机湿式粉碎成铁氧体粉。在此铁氧体粉中加入0.8wt% 的PVA （聚乙稀醇）作 粘合剂造粒，用 1t/ 的压力成型为φ24×φ12×5.5mm 的环。然后，在用 混合气体控制氧分压的气氛中，在 1100℃烧结。对烧结所得样品，用交流B~H 回 线分析仪（IWATSV SY 8232 型），在Bm=50mT 、f=100KHz~1MHz 的范围内测量磁 芯损耗。磁芯损耗的分离用如下所述的方法进行。即，设与频率成正比的损耗分量 为磁滞损耗；与频率的二次方成正比的损耗分量为涡流损耗；磁芯损耗中减去这两 种损耗的其余部分为剩余损耗。本实验所用的样品中，确认在 500KHz 以下的频段 几乎没有剩余损耗。于是，从100~500KHz 的磁芯损耗数据中的每周期的损耗~频率 回线计算一次回归直线；用 Y 轴截距作为磁滞损耗；由斜率计算涡流损耗；再从 1MHz 的磁芯损耗中减去磁滞损耗和涡流损耗所得的差值求得剩余损耗。用直流 B~H 回线分析仪（横河电气 4192 ）在 Bm=50 mT 的条件下求出矫顽力 Hci 和在 H=0.2~2c Oe 下的Bm 。用阻抗分析仪（HP 4194A ）测量起始磁导率μi 。在样品端 面涂覆Ga-In 合金，使铜片电极与它紧密相接，用DMN （HP E2377A ）测量直流电 阻率。用荧光X 线成分分析和用 溶液做的电位差滴定求得（ 量/Fe 量）和（ 量/Mn 量）， 量的分析精度为±0.01wt% ， 量的分析精 度为±0.02wt% 。本实验中所用样品的分析值都有明显的误差。 3 实验结果和讨论 在 =54~57mo1% 、MnO=43~39mo1% 、ZnO=0~7mo1% 的范围内，研究 了MnZn 铁氧体主要成分对其电磁特性的影响。测量了磁芯损耗与温度的关系，图 1 表示各样品在磁芯损耗达到最小的温度下的磁芯损耗（Pcv ，min ）。磁芯损耗随 含量的增大而减小。尤其在ZnO=3mo1% 的成分时磁芯损耗降到最低。因 此，对ZnO=3mo1% 的样品，将磁芯损耗达到最小的温度下的磁芯损耗Pcv ，min 分 离成各损耗分量，研究磁芯损耗降低