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。磁芯材料的主要發展方向是降低損耗,加寬使用的溫度範圍和降低成本。磁芯結構的主要發展方向是如何形成形狀和尺寸最佳(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℃溫度範圍內損耗都小於350mW/cm3(在100kHz×200mT條件下)。在80℃時損耗最小,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,居裏點Tc>290℃,在100℃下,Bs為450mT。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,μi為30000左右。抗電磁幹擾電感器用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,μi為5200左右,居裏溫度Tc≥210℃。
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,對環境無汙染,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。
由於軟磁鐵氧體的飽和磁密低,在20kHz~100kHz的較高頻範圍內,性能價格比的優勢不如100kHz以上的高頻範圍那樣明顯,其他幾種軟磁材料在20kHz~100kHz的較高頻範圍內,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。
矽鋼的特點是飽和磁密高,性能穩定,價格較低,近年來發展了壹系列高頻用矽鋼,包括超薄帶矽鋼、6.5%矽鋼、梯度矽鋼和含鉻的矽鋼。特別是含鉻的矽鋼已經用於25kHz和70kHz的電子變壓器中。現在矽鋼使用的工作頻率已達到325kHz。
高磁導坡莫合金的特點是磁導率高,環境適應性好,但是價格貴,近年來發展的坡莫合金超薄帶,使用的工作頻率已超過1MHz,在特殊要求的地方和軍工設備中使用。鈷基非晶合金是現有軟磁材料中高頻損耗最低的壹種材料,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和1MHz的高頻電子變壓器中大量使用。
軟磁復合材料現在成為高頻電子變壓器用磁芯材料的壹大發展方向,它與傳統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,也可以利用現在的塑料工程技術,註塑成復雜形狀的磁芯,具有密度小、重量輕、生產效率高、成本低,產品重復性和壹致性好等特點。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,現在已開發出工作頻率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。
根據高頻電子變壓器整體結構的發展要求,磁芯結構的發展方向是平面磁芯、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,現在已有專門用於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壹步壓縮而外,也有采用***燒法制造的片式磁芯。薄膜磁芯和磁性材料是現在高頻電子變壓器最活躍的發展方向之壹,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。國內已建立幾個中心在大力研究。現在希望能把材料開發,電子變壓器制造和應用單位聯合起來,盡快把國內開發出的薄膜軟磁材料變成電子信息產品中的高頻電子變壓器磁芯,形成國內有自主知識產權的薄膜變壓器,作者正在努力促成這項工作。