Materiales y estructuras del núcleo magnético de transformadores electrónicos de alta frecuencia.
El núcleo magnético es el componente más crítico en los transformadores electrónicos de alta frecuencia que utilizan materiales magnéticos blandos y funcionan según el principio de inducción electromagnética. Las principales direcciones de desarrollo de los materiales de núcleo magnético son reducir las pérdidas, ampliar el rango de temperatura de uso y reducir los costos. La principal dirección de desarrollo de la estructura del núcleo magnético es cómo formar núcleos planos, núcleos de chips y núcleos de película delgada con forma y tamaño óptimos (para parámetros como rendimiento electromagnético, disipación de calor, dosificación y costo).
Hoy en día, se mejoran y desarrollan constantemente diversos materiales magnéticos blandos para competir en el mercado de transformadores electrónicos de alta frecuencia.
La ferrita blanda es el principal material central utilizado en los transformadores electrónicos de alta frecuencia. La dirección del desarrollo es desarrollar nuevas variedades con mejor rendimiento y nuevos procesos para reducir costos. En términos de nuevas variedades de materiales, la compañía japonesa TDK desarrolló el material PC95 de baja pérdida y amplia temperatura en 2003. La pérdida es inferior a 350 mW/cm3 en el rango de temperatura de 25 °C a 120 °C (bajo la condición de 100 kHz× 200 toneladas). La pérdida es mínima a 80 ℃, que es 280 mW/cm3. A 25 ℃, Bs es 540 mT y a 100 ℃, Bs es 420 mT. También hemos desarrollado PE33, un material de densidad magnética de alta temperatura y alta saturación, con un punto Curie Tc>290°C y un Bs de 450mT a 100°C. En condiciones de 100 ℃, 100 kHz × 200 mT, Pc ≤ 1100 mW/cm3, la empresa japonesa FDK, la empresa alemana EPCOS y la empresa Ferrocube también han desarrollado materiales similares de densidad magnética de alta temperatura y alta saturación.
También hay muchas variedades nuevas de materiales de alta permeabilidad magnética, como el H5C5 de TDK para transformadores de impulsos, con un μi de aproximadamente 30.000. El inductor de interferencia antielectromagnética utiliza HS10, que tiene buenas características de frecuencia y características de impedancia. Todavía tiene una alta permeabilidad magnética a 500 kHz, aunque la permeabilidad magnética inicial no es alta, solo alrededor de 10,000. Material de alta permeabilidad magnética y densidad magnética de alta saturación DN50, Bs es 550 mT a 25 ℃, Bs es 380 mT a 100 ℃, μi es aproximadamente 5200, temperatura Curie Tc≥210 ℃.
En términos de nuevos procesos, la síntesis autopropagante a alta temperatura (SHS) ha sido un punto de investigación en los últimos años. Su principio es utilizar la energía química dentro de los reactivos para sintetizar materiales. Todo el proceso es extremadamente simple, tiene bajo consumo de energía, alta eficiencia de producción y pureza del producto, y no contamina el medio ambiente. Las ferritas de Mg, MgZn, MnZn y NiZn se han sintetizado con éxito y se están industrializando. El método de sinterización por plasma por chispa (SPS) puede producir con éxito un núcleo de material magnético blando compuesto de ferrita de MnZn y permalloy multicapa, que tiene las características de alta frecuencia y baja pérdida de la ferrita de MnZn y la alta permeabilidad magnética de la permalloy con densidad magnética de alta saturación. Características, este núcleo de material magnético suave compuesto mejorará significativamente el rendimiento de los transformadores electrónicos de alta frecuencia. Otros procesos como la síntesis por autocombustión, la síntesis por combustión rápida, la síntesis hidrotermal, la nueva síntesis hidrotermal, el método de aleación mecánica, la sinterización por microondas, etc., han llevado a cabo muchas investigaciones en los últimos años, todas las cuales están en línea con el desarrollo. dirección de mejorar el rendimiento y reducir costos.
Debido a la baja densidad magnética de saturación de la ferrita magnética blanda, en el rango de frecuencia más alto de 20 kHz a 100 kHz, la ventaja de costo-rendimiento no es tan obvia como en el rango de alta frecuencia por encima de 100 kHz. materiales magnéticos En el rango de frecuencia más alto de 20 kHz a 100 kHz, compite ferozmente con la ferrita blanda. Varios materiales magnéticos blandos tienen sus propias características. Por lo tanto, la forma de aprovechar al máximo las ventajas de varios materiales magnéticos blandos en productos de transformadores electrónicos de alta frecuencia específicos para lograr una mejor relación rendimiento-precio es el material magnético blando utilizado en la electrónica de alta frecuencia. Transformadores La dirección de desarrollo de los materiales magnéticos.
El acero al silicio se caracteriza por una densidad magnética de alta saturación, un rendimiento estable y un precio bajo. En los últimos años, se ha desarrollado una serie de aceros al silicio de alta frecuencia, incluido el acero al silicio ultrafino y el acero con un 6,5 % de silicio. , acero al silicio degradado y acero al silicio que contiene cromo. En particular, se ha utilizado acero al silicio que contiene cromo en transformadores electrónicos de 25 kHz y 70 kHz. La frecuencia de trabajo utilizada por el acero al silicio ha alcanzado ahora los 325 kHz.
La aleación permanente de alta permeabilidad magnética se caracteriza por una alta permeabilidad magnética y una buena adaptabilidad ambiental, pero es costosa. La correa de aleación permanente ultrafina desarrollada en los últimos años tiene una frecuencia de funcionamiento superior a 1 MHz. Se utiliza en lugares con requisitos especiales. y equipo militar. La aleación amorfa a base de cobalto es el material con la pérdida de alta frecuencia más baja entre los materiales magnéticos blandos existentes. Sin embargo, cuando se usa a altas frecuencias por encima de 200 kHz, el peso del núcleo es pequeño y el factor de precio no es prominente. se utiliza a 200kHz y 1MHz. Es ampliamente utilizado en transformadores electrónicos de alta frecuencia.
Los materiales compuestos magnéticos blandos se han convertido ahora en una importante dirección de desarrollo de materiales de núcleo magnético para transformadores electrónicos de alta frecuencia. En comparación con la ferrita magnética blanda tradicional y las aleaciones magnéticas blandas, sus partículas o películas metálicas magnéticas no se pueden distribuir. -Conductores y otros materiales, la pérdida de alta frecuencia se reduce significativamente y se aumenta la frecuencia de funcionamiento. Al mismo tiempo, su tecnología de procesamiento puede utilizar prensado en caliente para procesar núcleos de polvo, o utilizar la tecnología actual de ingeniería plástica para moldear por inyección en núcleos magnéticos de formas complejas, que tienen baja densidad, peso ligero, alta eficiencia de producción y bajo costo. y repetibilidad del producto y buena consistencia. También se pueden utilizar diferentes proporciones para cambiar el magnetismo. Anteriormente se han presentado ejemplos de materiales compuestos compuestos de ferrita magnética blanda y aleación permanente. Se han desarrollado núcleos de polvo de material compuesto magnético blando con frecuencias de funcionamiento superiores a 10 kHz y pueden reemplazar la ferrita magnética blanda en inductores de filtro de alta frecuencia.
De acuerdo con los requisitos de desarrollo de la estructura general de los transformadores electrónicos de alta frecuencia, la dirección de desarrollo de las estructuras de núcleo magnético es núcleos magnéticos planos, núcleos magnéticos de chip y núcleos magnéticos de película delgada. En el pasado, algunos núcleos magnéticos planos se modificaron a partir de los núcleos de ferrita blanda originales. Ahora hay varios núcleos de ferrita blanda de baja altura que se utilizan especialmente para transformadores planos. En el futuro también podrían desarrollarse varios núcleos compuestos magnéticos blandos de baja altura. Además de comprimir aún más el núcleo plano, el núcleo magnético del transformador de chip también tiene un núcleo de chip fabricado mediante el método de disparo. Los núcleos de película delgada y los materiales magnéticos son actualmente una de las direcciones de desarrollo más activas para los transformadores electrónicos de alta frecuencia. Se convertirán en los principales materiales y estructuras del núcleo para los transformadores electrónicos de alta frecuencia por encima de MHz. Es posible reducir la altura de los transformadores electrónicos de alta frecuencia. Transformadores electrónicos de película a menos de 1 mm. Cargados en varias tarjetas. Se han establecido varios centros en China para realizar investigaciones intensas. Ahora esperamos unir el desarrollo de materiales, la fabricación de transformadores electrónicos y las unidades de aplicación para convertir los materiales magnéticos blandos de película delgada desarrollados en el país en núcleos de transformadores electrónicos de alta frecuencia en productos de información electrónica lo antes posible, formando un transformador de película delgada doméstico con intelectual independiente. derechos de propiedad. Los autores están trabajando duro para que esto suceda.