高频电子变压器及其发展方向(二)

发布于:2006/9/6 13:06:54 | 513 次阅读

       再其次,弄清什么是高频电子变压器?现在,对电子变压器工作频率的高、中、低划分有一个通行的说法,即工作频率50Hz或60Hz叫工频,或者在它以下的叫低频;60Hz至20kHz叫中频, 400Hz是中频,而不是工频;20kHz以上叫高频。为什么选20kHz为界限?因为,20kHz是声频上限,超过它就听不见可闻噪声。所以,工作频率超过20kHz,从20kHz起到MHz级、GHz级是高频。那种把“应用频率范围从几十kHz到几兆kHz的”电子变压器的提法,有两个误解:一个是20kHz,不同于几十kHz。一个是几GHz,不是几兆kHz(作者注:请按规范的词头,不能自己乱造)。工作频率几GHz的开关功率变换电路中的功率变压器,作者未见过国内外的报导,希望杂志能指明其来源。

  高频中还可以划分成较高频(20kHz~ 50kHz)、中高频(50kHz~200kHz)、高频(200kHz~1MHz)、超高频(1MHz以上),但都属于高频,并不因为适用的功率不同,而对高频有不同的理解。那种对不同功率下,高频有不同范围的说法,是一种误解。

    2高频电子变压器的发展方向

  高频电子变压器的特点就是高频化。从变压器的工作原理来看,提高工作频率,可以减少变压器的体积和重量,也就是实现短小轻薄化,从而提高单位体积(或重量)传输功率,也就是高功率密度化。这些都是高频电子变压器本身固有的特点和直接带来的结果,而不能简单地把高频化、短小轻薄化、高功率密度化,作为高频电子变压器的发展方向。如果提几个“化”的口号,就能“对电子变压器行业有极大的指导意义”,岂不是太容易了吗?应当从高频化给电子变压器带来一系列问题,通过解决这些问题,从而提高性能降低成本,也就是追求的性能价格比为出发点,提出比较详细的发展方向,才可能对行业有一定的指导意义。杂志发表的专题特写中,有些人士也发表了一些具体意见,可惜有的没作进一步说明,有的只针对“输出电感器”,即不深入,又不全面,希望杂志能作出比较深入和全面的关于高频电子变压器的发展方向的阐述。

  下面作者从高频电子变压器的整体结构、磁芯材料和结构、线圈材料和结构几个方面,提出一些发展方向的意见,供读者参考。

    2.1整体结构

  为适应电子设备愈来愈轻薄短小,高频电子变压器一个主要发展方向是从立体结构向平面结构、片式结构、薄膜结构发展,从而形成一代又一代的新的高频电子变压器:平面变压器、片式变压器、薄膜变压器。高频电子变压器的整体结构的发展,不但形成新的磁芯结构和线圈结构,采用新的材料,而且对设计方面和生产工艺方面也带来新的发展方向。在设计方面,除了要研究各种新结构的电磁场分布,如何达到的优化设计,还要研究多层结构的各种问题。在生产工艺方面,要研究各种新的加工方法,从而保证性能的一致性和实现加工工艺的机械化和自动化等。

  在MHz级高频电子变压器中,愈来愈多的应用领域采用空心变压器。探讨空心变压器的结构、设计方法、制造工艺和应用特点也是其研究和发展方向。另外,压电变压器等新工作原理的高频电子变压器的研究也是发展方向,经过近十年的研究开发,压电变压器已经在一些领域中得到了实际应用。

  采用计算机对整体结构方案进行优化和具体设计,是现在各种电子器件的主要发展方向之一,当然也是高频电子变压器的一个主要发展方向。这样可以缩短设计时间,减少材料用量,缩短生产周期,降低成本。

    2.2磁芯材料和结构

  磁芯在采用软磁材料,以电磁感应原理工作的高频电子变压器中是最关键的部件。磁芯材料的主要发展方向是降低损耗,加宽使用的温度范围和降低成本。磁芯结构的主要发展方向是如何形成形状和尺寸(对电磁性能、散热、用量和成本等参数)的平面磁芯、片式磁芯和薄膜磁芯。

  现在各种软磁材料,都在不断地改进和开发,以竞争高频电子变压器的市场。

  软磁铁氧体是现在高频电子变压器使用的主要磁芯材料,发展方向是开发性能更好的新品种和降低成本的新工艺。在材料新品种方面,日本 TDK公司在2003年开发出宽温低损耗材料 PC95,在25℃~120℃温度范围内损耗都小于350mW/cm3(在100kHz×200mT条件下)。在 80℃时损耗最小,为280mW/cm3。25℃时Bs为 540mT,100℃时,Bs为420mT。还开发出高温高饱和磁密材料PE33,居里点Tc>290℃,在100℃ 下,Bs为450mT。在100℃,100kHz×200mT条件下,Pc≤1100mW/cm3,日本FDK公司,德国 EPCOS公司、Ferrocube公司也开发出类似的高温高饱和磁密材料。

  高磁导率材料也有许多新品种,如TDK公司的脉冲变压器用H5C5,μi为30000左右。抗电磁干扰电感器用HS10,同时具有良好的频率特性和阻抗特性,在500kHz仍具有较高磁导率,虽然初始磁导率不高,只有10000左右。高磁导率高饱和磁密材料DN50,在25℃时Bs为550mT,在100℃时Bs为380mT,μi为5200左右,居里温度Tc≥210℃。

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