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高频FeSiAl磁粉芯电子新材料

2011-04-07 10:42:00 来源:《磁性元件与电源》2011年4月刊 点击:1160

摘要:  本文报导了FeSiAl磁粉芯,全球迅速崛起情况,研讨了主要技术指标,进行了讨论,展示了公司良好的前景。

关键字:  磁粉芯,变压器,电感磁粉芯,变压器电感

1 引言
铁硅铝磁粉芯是新型复合电子材料,国外称为Sendust或Kool Mμ磁粉芯。国内常称铁硅铝(FeSiAl)磁粉芯。我国正在发展之中,全球正在以40%以上的速度在发展,超过了任何其他软磁材料。
进入二十一世纪以来,逆变电路高频化,高功率密度化,小型化,低损耗化及抗电磁干扰的发展,人们对金属磁粉芯的认识更加提高,从而促使铁硅铝磁粉芯迅速崛起。
铁硅铝磁粉芯主要应用在开关电源,UPS电源,……,具体为功率滤波器,脉冲变压器,行输出变压器等。
我们公司开发成功了磁导率μ=26,60,75,90,125的五大系列。形体结构是环形磁粉芯,E型磁粉芯,并进行了产业化,已在国内,国际市场上销售、服务!
我们这里介绍技术难度最大,水平最高的,μ=26,截止频率fc=20MHz的铁硅铝磁粉芯。
2 试制过程
我们用FeSiAl粉粒纯度99.2%以上的原材料,目数为-30目,进行细粉碎,达到一定粒度,添加陶瓷复合剂,进行造粒,然后以高压力,热处理,检测,涂复,通过近20道工序,完成了良好的磁粉芯产品。
3 试验结果与分析
我们较好地制造了μ=26FeSiAl的磁粉芯,对主要技术指标,进行了测试,并与国外产品进了比较,取得了满意的结果,已投放市场,效果较好。
(1)电感L(μH)的频率f特性
测试仪器使用Aglent4284仪,铁硅铝磁粉芯φ57.2×26.4×15.2(mm),未涂层。
电压V=1.0伏,30匝。
测试结果:
电感特性,这与美国当前的产品有很好的符合性,由于仪器的关系,只测到1MHz。
(2)Q频率f特性
测试仪器使用Aglent4284仪,铁硅铝磁粉芯φ57.2×26.4×15.2(mm),未涂层。电压V=1.0伏,30匝,线径φ0.26mm,环形端线长11.0cm。
因为测试线径的长短对Q影响较大,所以这里作了限定。
测试结果:
EMB的性能与美国水平作比较,如果以Q可以达到80为准,则EMB可达到1000kHz,即1MHz,而美国可达到600kHz左右,我们的频宽较宽。但美国低频率性能较好,它峰值较窄。我们如要与美国一样,看来粉粒度要加粗。我们经过单位试用,性能已经很满意了。
(3)直流迭加特性
电感是交流值,但我们要加上一个直流值,看其电感下跌情况,这我们称之谓直流迭加。
铁硅铝磁粉芯,铁镍钼磁粉芯,高磁通磁粉芯,铁粉芯,与MnZn铁氧体相比,就可承受很大的直流迭加电流,但MnZn铁氧体开气隙,要有一定的直流迭加电流值,但很小,铁硅铝磁粉芯有1安培-几百安培,而MnZn铁氧体,不到1安培,即mA级。
测量时,二个线圈,一个是测量电感,一个是直流迭加。测试结果:
EMB  电流/安培 0 5 10 15 20 25
 50kHz 电感-μH 56.6 48.2 45.0 42.4 20.0 38.3
  比例%  85.2 80.0 75.0 72.0 68.0
 100kHz 电感-μH 58.6 46.1 42.9 40.7 38.9 36.8
  比例%  78.7 73.2 69.5 66.4 63.0

我们的测验与美国相比,例50kHz,直流迭加68%,我们比美国的低一点,但在同一水平上。我们的差距,主要原材料与美国相比,密度明显有差距。我们的硬质合金模具与美国相比,比较差,压不到同样密度。如果压到同样密度,模具就爆裂,但实际上,现在电流强度达到60%以上已足够了,如果还不够,产品就只有高度上放宽了。
(4)功率损耗密度
功率损耗密度,我们进行了研究测量,并与美国曲线作比较,情况如下:
我们的测量结果:25℃,B=200mT,f=100kHz,为4010mW/cm3。
美国的功率密度曲线查找的值如下:
损耗密度,μ=26:
查出是3450mW/cm3,与上述美国功率曲线所查到的值,比较接近,大约在±10%以内。
我们还做了功率损耗密度与温度的关系,结果如下:
可见,损耗密度随着温度的增加而增加,但增加不大,而且是线性的,0-100℃。
功率损耗密度从4000mW/cm3,增大到6000mW/cm3左右。
(5)温度系数
温度系数是个重要指标。铁硅铝磁粉芯比铁粉芯功率损耗小,μ=125,大约是3.8倍,μ=26更小,所以,现在大多喜欢用FeSiAl磁粉芯。
我们的测试结果:
电感变化率40℃已接0,转折点在40℃,我们进行计算:

从0-40℃变化率为4%,即温度系数。
如果从-55℃-25℃,温度系数50×10-5/℃,还与美国基本一致。
我们公司铁硅铝磁粉芯,虽然做的时间不长,但我们日夜奋战,取得可研究生产的可喜成果。在我们国内来说,取得μ=26的结果,可能是第一家公司。

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