日立金属开发出新型磁芯材料,有助于设备小型化和节能化设计
日立金属公司开发出了高频特性出色的锰锌(Mn-Zn)类铁氧体磁芯材料“ML95S”和“ML90S”(图1)。新材料在几MHz高频范围内的磁芯损耗较小,可使网络设备、汽车以及智能手机配备的部件实现小型化和节能化。
此前也有过在0.5MHz~5MHz的高频范围采用镍锌(Ni-Zn)类铁氧体材料的讨论,日立金属此次通过组合使用粉末控制技术和热处理技术,实现了与Ni-Zn类铁氧体材料相比饱和磁通密度更高、磁芯损耗更小的Mn-Zn类铁氧体材料。这种材料在接近实际使用环境的高温环境下(80~100℃)的磁芯损耗较小,因此可以抑制功耗和发热量。采用该材料后,可使变压器和电感器支持高频化和大电流化,实现网络设备的小型化和节能化。今后,日立金属还计划把这款材料用于汽车电装部件和便携终端。
两款产品的性能参数见表1。ML95S在500kHz~2MHz的频率范围内,尤其是在50mT以上的高磁通密度范围内驱动时,损耗较小。比如,在频率为1MHz、磁通密度为75mT(100℃)时,ML95S的磁芯损耗仅为原产品“MB28D”的1/3左右。ML90S在1MHz~5MHz的频率范围内,尤其在50mT以下的磁通密度范围内驱动时,损耗较小。当频率为2MHz、磁通密度为50mT(100℃)时,其磁芯损耗约为MB28D的1/5。
近几年,服务器等网络设备的容量和速度不断提升,尤其是数据中心,为了降低空调电费、改善设施整体的能量效率,强烈要求网络设备实现小型化、降低排热量。与此同时,服务器电源中使用的半导体的高频化和大电流化技术不断发展,所采用的变压器和电感器等无源部件也要求支持高频化和大电流化。但是,在高频范围驱动原来的无源部件时,主要部材——磁芯材料的磁芯损耗非常高,因此电力转换效率会出现下降。而且发热量也较大,可能会给周边部件带来影响。这就需要在高频范围内磁芯损耗较低,而且不易发热的磁芯材料。
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