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. Utiliza materiales magnéticos blandos y funciona 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 el rendimiento electromagnético, la disipación de calor, el uso y el costo.

Hoy en día, se mejoran y desarrollan continuamente diversos materiales magnéticos blandos para competir por el mercado de transformadores electrónicos de alta frecuencia.

La ferrita blanda es actualmente el principal material de núcleo magnético utilizado en transformadores electrónicos de alta frecuencia. Su dirección de desarrollo es desarrollar nuevas variedades con mejor rendimiento y nuevos procesos para reducir costos. En términos de nuevos materiales, la compañía japonesa TDK desarrolló PC95, un material de pérdida de baja temperatura de amplio rango en 2003. La pérdida es inferior a 350 mW/cm3 (en condiciones de 100 kHz × 200 mT) en el rango de temperatura de 25 °C a 120 °C. DO. A 80°C, la pérdida es mínima a 280mW/cm3. Bs es 540mT a 25°C y 420mT a 100°C. Además, se ha desarrollado un material de densidad magnética de alta temperatura y alta saturación, PE33, con un punto Curie de Tcgt de 290 °C y Bs de 450 mT a 100 °C; En condiciones de 100°C, 100kHz x 200mT, Pc ≤ 1100mW/cm3, FDK de Japón, EPCOS de Alemania y Ferrocube han desarrollado materiales similares de densidad magnética de alta temperatura y alta saturación.

También hay muchas variedades nuevas de materiales de alta permeabilidad magnética. Por ejemplo, el transformador de impulsos de TDK utiliza H5C5, con un μi de aproximadamente 30.000. HS10 se utiliza como inductor de interferencia antielectromagnética. 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 productividad y pureza del producto, y no contamina el medio ambiente. En la actualidad, las ferritas de Mg, MgZn, MnZn y NiZn se han sintetizado con éxito y se encuentran en producción industrial. La sinterización por plasma por chispa (SPS) puede producir con éxito núcleos de ferrita de MnZn multicapa y material magnético blando compuesto de Pomloy, que simultáneamente tienen las características de alta frecuencia y baja pérdida de la ferrita de MnZn y la alta permeabilidad magnética y Pomloy. Este núcleo de material magnético blando compuesto con características de alta densidad de saturación mejorará significativamente el rendimiento de los transformadores electrónicos de alta frecuencia. Otros procesos como la síntesis de autocombustión, la síntesis de combustión rápida, la síntesis hidrotermal, la nueva síntesis hidrotermal, la aleación mecánica, la sinterización por microondas, etc., han llevado a cabo muchas investigaciones en los últimos años, todas las cuales están en línea con la dirección de desarrollo de mejorando el rendimiento y reduciendo costes.

Debido a la baja densidad de saturación de la ferrita magnética blanda, en el rango de frecuencia más alto de 20 kHz a 100 kHz, la ventaja rentable no es tan obvia como en el rango de alta frecuencia por encima de 100 kHz, mientras que otros tipos de ferrita blanda materiales magnéticos Todos compiten ferozmente con la ferrita blanda en el rango de frecuencia más alto de 20 kHz a 100 kHz. Varios materiales magnéticos blandos tienen sus propias características, por lo tanto, cómo aprovechar al máximo las ventajas de varios materiales magnéticos blandos en productos de transformadores electrónicos de alta frecuencia específicos y lograr un mejor rendimiento de costos es la dirección de desarrollo de materiales magnéticos blandos para electrónica de alta frecuencia. transformadores.

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, el acero al silicio 6,5. acero al silicio degradado y acero al silicio que contiene cromo. Entre ellos, el acero al silicio que contiene cromo se ha utilizado en transformadores electrónicos de 25 kHz y 70 kHz. La frecuencia de funcionamiento utilizada en el acero al silicio ha alcanzado ahora los 325 kHz.

La aleación PoMo de alta permeabilidad magnética se caracteriza por una alta permeabilidad magnética y una buena adaptabilidad ambiental, pero es costosa. La tira de aleación PoMo ultrafina desarrollada en los últimos años tiene una frecuencia de funcionamiento superior a 1MHz. Requisitos especiales y equipamiento 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 y es costosa. 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 200 kHz y 1 MHz. Se utiliza ampliamente 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 pueden ser. distribuido en materiales no conductores y otros, lo que reduce significativamente las pérdidas de alta frecuencia y aumenta la frecuencia de funcionamiento. Al mismo tiempo, su tecnología de procesamiento puede utilizar prensado en caliente para procesar núcleos magnéticos en polvo o utilizar la tecnología actual de ingeniería plástica para moldear por inyección en núcleos magnéticos de formas complejas. Tiene las características de pequeña densidad, peso ligero y alta eficiencia de producción. bajo costo y reproducibilidad del producto. Buen rendimiento y consistencia. También se pueden utilizar diferentes proporciones para cambiar las propiedades magnéticas. Anteriormente se han presentado ejemplos de materiales compuestos compuestos de ferrita magnética blanda y aleación PoMo. Se han desarrollado núcleos de polvo compuestos magnéticos blandos con frecuencias de funcionamiento superiores a 10 kHz y pueden reemplazar la ferrita magnética blanda en inductores de filtro de alta frecuencia.

Según el desarrollo de la estructura general de los transformadores electrónicos de alta frecuencia, la dirección de desarrollo de las estructuras del núcleo magnético son los núcleos magnéticos planos, los núcleos magnéticos de chip y los núcleos magnéticos de película delgada. Los núcleos planos se modificaron anteriormente a partir de núcleos de ferrita blanda originales, y ahora hay una variedad de núcleos de ferrita blanda de baja altura que se utilizan específicamente en transformadores planos. En el futuro también podrían desarrollarse varios núcleos compuestos magnéticos blandos de baja altura. Además de comprimir aún más el núcleo de hierro plano, el núcleo del transformador de chip también utiliza un método de disparo para fabricar el núcleo del chip. Los núcleos de película delgada y los materiales magnéticos son actualmente una de las áreas más activas en el desarrollo de transformadores electrónicos de alta frecuencia. Se convertirán en los principales materiales y estructuras del núcleo para transformadores electrónicos de alta frecuencia por encima de MHz. Transformadores electrónicos de película delgada de menos de 1 mm. Carga en varias tarjetas. Se han establecido varios centros en China para realizar investigaciones intensas. Ahora esperamos que las unidades de desarrollo de materiales, fabricación de transformadores electrónicos y aplicaciones trabajen juntas para convertir materiales magnéticos blandos de película delgada desarrollados a nivel nacional en núcleos de transformadores electrónicos de alta frecuencia en productos de información electrónica lo antes posible, y formar transformadores domésticos de película delgada con derechos de propiedad intelectual independientes. El autor está trabajando duro. Contribuya a este trabajo.