如何提高新型软磁材料在变压器中的使用效率

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中图分类号：TH 文献标识码:A 文章编号：1007-0745（2013）09-0074-01

摘要：近年来，新技术的不断更新以及新产品的不断出现，使得多种软磁材料在电子变压器中的使用变得越来越可靠，本文重点列举几种新型软磁材料，探讨他们在电子变压器中的使用效率问题。

关键词：软磁材料变压器效率

我们所熟知的电子变压器，和其他的半导体开关器件、半导体整流器件、电容器一起被称为四大主要器件，以前有人把电源具体定义为经过高频开关变换的直流电源和交流电源，而在探讨磁元件的时候往往举高频开关电源中的变压器和电感器的例子，但是电子变压器并不是仅仅限于电源中的磁元件，从广义上说，电子变压器涵盖电子电路和电子设备中的各种变压器和电感器，不单指有磁芯的变压器和电感器，还包括空心变压器和电感器、压电陶瓷变压器，电力电子变压器的其他类似电子元器件，成为电子元器件的一个主要门类。目前，电子变压器和其他类似电子元器件已经成为了电子元器件的一个主要门类。电子变压器的研究和生产已经形成了很大的产业链条。所以，人们现在也往往把各种变压器和电感器称为“电子变压器”，这样一来，其涵盖的范围更大，比较能令人理解。

一、电子变压器及分类

我们一般把电子变压器按照结构进行分类。第一代被称为立体电子变压器，主要适用于工频、中频、100kHz以下的中、高频及大中功率，现在的工频和中频大中功率100kHz以下中高频电源变压器和电感器的总体结构都是立体结构，都属于立体电子变压器，在产值和产量上仍然占据着电子变压器的主要地位，也是电子变压器开发的重点。第二代则是平面电子变压器，适用于50—500kHz中高频、中小功率，这种结构的变压器是从上个世纪90年代开始为了适应控制和通讯电子设备安装要求，电子设备高度受安装高度限制，低高度的平面电子变压器逐渐推广开来的。大多数用于中高频50—500kHz，中小功率50VA—10kVA电子变压器，也有功率扩展到10kVA以上的，但是由于大体积软磁铁氧气加工困难，成品率低，同时工作时散热需要加另外的散热器，并不是外国某些公司产品样本宣传的那样，比大功率立体变压器体积减少的比例那么大，在大功率电子变压器中推广变压器。第三代为片式变压器，主要适用于1MHz—5GHz高频和超高频，小、微功率，这种变压器是顺应各种便携式电子产品，如手机、个人计算机等逐渐流行的趋势，而对电子元器件逐渐变小的要求而逐渐产生的。第四代是薄膜电子变压器，主要适用于1MHz—5GHz高频和超高频，它是电子变压器经过不断发展和信息技术逐步融合的结果。电子变压器的每一代的发展不是清楚的隔开的，而是交叉式发展，由于各代适用的频率和功率不一样，不是下一代完全取代上一代，而且各代都在继续发展。

二、新型软磁材料使用分析

软磁材料的使用是要区分工频和高频范围的，一般而言，在工频中频范围内主要采用硅钢，在高频范围内主要采用软磁铁氧体。目前，各种新材料技术的不断发展使得传统材料受到了严重的挑战，这样的竞争使得新型材料不断发展和完善，这也促进了电子变压器性能逐步优化和提升，而与此同时其成本也在不断降低，小、轻、薄，已经成为电子变压器发展的必然趋势。

（一）硅钢材料及其应用

硅钢材料一般主要是使用在工频电子变压器中，而且大多数使用的是3%取向硅钢，现在使用比较多的厚度是在0.27mm和0.23mm之间，如果采用三次再结晶工艺，可以制成更薄的硅钢。在我国生产硅钢和其他国家生产的硅钢可能在标准上会有一定的差异，但是其产品性能应该是差不多的，比如：0.23mm厚的3%取向硅钢经过特殊处理，用电解法将表面抛光至镜面，再涂张力涂层，最后细化磁畴，可以使性能有较大幅度提升；如果再进行特殊处理，还可以把厚度减薄到0.15mm，满足了电子变压器对损耗低的要求，性能可以等同于铁基非晶合金。电源技术的中频（400Hz—10kHz）电子变压器除了使用较薄厚3%取向硅钢外，还可以采用6.5%无取向硅钢，它的磁致伸缩近似为零，可制成低噪声电子变压器，中频损耗低。

（二）软磁铁氧体及其应用

不断提高工作效率是软磁材料在电子变压器使用的一个方向，软磁铁氧体的特点是：饱和磁通密度低、磁导率低、居里温度低、中高频损耗低、成本低；前三个低是它的缺点，限制它的使用范围，现在努力改进。后两个低是它的优点，有利于进入高频市场，现在也正在努力改进。所以，国外和国内的研究和生产都集中在提高软磁铁氧体的磁导率上。比如：可以采用SHS法合成MnZn铁氧体材料的研究，用这种方法可以大大降低铁氧体的制造能耗和成本。

（三）铁基非晶合金及其应用

铁基非晶合金厚度薄、电阻率高、非晶态，原子排列是随机的，不存在原子定向排列产生的磁晶各向异性，也不存在产生局部变形和成本偏移的晶粒边界。因此，防碍畴壁运动和磁矩转动的能力壁垒非常小，具有前所未有的软磁性，所以磁导率高，矫顽力小，损耗低。对同样容量的工频变压器，磁芯采用铁基非晶合金的损耗，比采用硅钢的要低。如果想进一步提高材料的性价比，有两种方法可以选择，一种是在同样损耗的条件下求出两种工频变压器所用的铜铁材料重量和价格，进行比较；另一种方法是对铁基非晶合金工频变压器的损耗降低瓦数，折合成货币进行补偿。虽然有时候铁基非晶合金生产成本较高，但只要达到一定生产规模，它在工频范围的电子变压器中将会取代部分硅钢市场。

（四）软磁复合材料及其应用

软磁复合材料的磁导率受很多因素的影响，如磁性粒子的成分，粒子的形状、尺寸、填充密度等。它的作用原理是将磁性微粒均匀分散在非磁性物中形成的，与传统的金属软磁合金和铁氧体材料相比，有很多独特的优点：磁性金属粒子分散在非导体物件中，可以减少高频涡流损耗，提高应用频率。既可以采取热压法加工成粉芯，也可以利用现在的塑料工程技术，注塑制造成复杂形状的磁体，具有密度小、重量轻、生产效率高、成本低、产品重复性和一致性好等特点。

参考文献：

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[2]徐泽玮.谈谈电源设备中的电子变压器[J].电源技术应用，2012（6）

[3]麦克莱曼(美).变压器与电感器设计手册.第二章 磁性材料及其特性，2012（7）

[4]普利斯曼(美).开关电源设计.第二部分 磁路与电路设计，2010（6）