高磁导率阻抗匹配软磁铁氧体材料的探讨

高磁导率阻抗匹配软磁铁氧体材料的探讨

Technology & Application·技术与应用高磁导率阻抗匹配软磁铁氧体材料的探讨

Research of high μ resistance match softmagnetic ferrite

江苏常熟皮爱尔奇磁性科技有限公司　　马跃泉，黄剑龙，徐彬（常熟　２１５５２３）

摘　　要：要：　要：通过磁芯线圈的串、并联等效电路的推导，揭示出磁芯材料的　μ＇、μ＂　与磁芯的等效复阻抗的关系，即　ｔｇδ／μｉ　与

等效复阻抗的关系，再利用电路的功率输出最大原理，调整磁芯材料的配方与杂质，优化电路中各参数，从而提高整个节能灯电路中能量转换与传输效率，达到节约能源的目的。

关键词：串联磁导率　　并联磁导率　　等效阻抗　　ｔｇδ／μｉ　　晶粒电阻率　　晶界电阻率　　峰值电压　　阻抗匹配　　最大输出功率

中图分类号：TM27 文献标识码：B 文章编号：1606-7517（2008）11-4-117

1 我国的节能灯市场特点与节能灯具参数设计抗对电路输入阻抗和输出阻抗匹配产生一定的影响，可能缺陷阻碍电路达到最大功率输出状态，降低了电能源的利用率。

1.1 我国的节能灯市场特点2 高频弱磁场下磁芯线圈的等效电路[1]

我国作为拥有１３亿人口的大国，电能源相对贫乏，随2.1 串联磁导率和并联磁导率

着经济的发展，人民生活水平的提高，照明用电在电能源

消费中所占的比例逐年提高，特别是进入二十一世纪，我磁芯线圈在交流电路里可以等效成一个电感与一个电国照明用电的年增长率将在１５％以上。但我国使用电能源阻的并联，也可以等效成一个电感与电阻的串联。对于由的平均效率只是日本的三分之一。目前我国约有４．５亿户一般的磁性材料制作的磁芯线圈，分布电容往往可以忽略，家庭，假设每个家庭有４个灯具，全国家庭共有１８亿只，而等效电阻又比等效电抗小得多，所以串联电路的模式更按每只功率３０瓦计算，并每只节约３％能源，即０．９瓦，符合于客观情况；而对于高频下使用的某些特殊的磁芯和则全国家庭节能灯具共可节约１６．２亿瓦，因此提高节能灯变压器，分布电容已不能忽略，这时采用并联电路的模式具的使用效率，具有很大的经济效益和社会效益。　更符合实际情况。如图１（ａ）与（ｂ）。

1.2 节能灯具参数设计忽略2.2 磁芯线圈的串联等效阻抗与 μ'、μ" 的关系

由于高磁导率软磁铁氧体材料磁导率高，储能和转一个环形磁芯线圈实际上是一个有损耗的电抗元件，换能量能力强，在设计方面可以大大缩小元器件的体积，其有功功率不为零。因此可以把它等效为一个纯电感Ｌｘ和越来越受到专业人士的亲睐，如高磁导率高Ｂｓ材料，双一个损耗电阻Ｒｘ的串联电路。如图２：

５０００材质等。但在节能灯具电路参数设计方面，许多工程在图２（ａ）中，Ａ、Ｂ

两点间的复阻抗为：

设计人员都忽略了磁芯本身在电路中产生的阻抗，这个阻　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）

2008.11·

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技术与应用·Technology & Application

（ａ）

（ｂ）

图　１

（ａ）（ｂ）

图　２

式中，Ｕ为加在Ａ、Ｂ两点间的电压，Ｉ为绕组中的电

流，在图２（ｂ）中，Ａ、Ｂ两点间的复阻抗为：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ＺＸｂ　＝　ＲＸ＋ｊωＬＸ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２）

如果忽略绕组的铜组，则Ｕ为绕组中的感生电动势所

平衡。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（３）环形线圈内的磁场为：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（４）

将式（３）、（４）代入式（１）

中，可得：

（５）

式中，ｈ为环形磁芯的高度；ｒ２和ｒ１分别为环形磁芯

的外半径和内半径；Ａｅ为试样的有效截面积；Ｎ为线圈的

·匝数。式（５）的实部和虚部应分别与式（２）的实部和虚部相

等，则有：所以，μ＇和μ

＂　分别为：2.3 磁芯并联等效阻抗与μ'、μ"的关系根据惯例，μ'和μ"应是串联等效阻抗所对应的磁导率，而不是并联磁导率。当磁芯线圈可以等效成一个电阻和电感的并联，如图１（ｂ）。图中，Ａ、Ｂ两点的阻抗为：　　　　　　　　　　　　　　　（６）　若将并联阻抗转换为串联阻抗，则式（６）应等于式（５），

所以有：

上两式得到：且：3 高磁导率软磁铁氧体材料主配方与杂质、及生产工艺的优化设计原理由于高磁导率的软磁铁氧体的涡流损耗常常占总损耗中相当大的一部分［２］，所以调整磁芯线圈在电路中产生的阻抗值就要调整磁芯的涡流损耗的比例，而调整涡流损耗比例的有效方法是调整材料的电阻率。对于ＭｎＺｎ铁氧体材料而言，电阻率包括晶粒内部与晶粒边界的电阻率两部分。

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Technology & Application·技术与应用3.1 调整晶粒内部的电阻率

在尖晶石铁氧体晶体中，当有Ｆｅ２＋出现，导电机制主

要是Ｆｅ２＋Ｆｅ３＋＋ｅ的电子扩散，在八面体位上就出现不同价

的电子导电，其激活能很低，具有较强的导电性，所以为

了调整晶粒内部的电阻率，可以通过控制Ｆｅ２＋的比例，如

材料的主配方采取过铁或缺铁配方；加入适量高价或低价

元素；控制烧结区和降温区的氧含量比例来控制铁氧体吸图　３

氧程度；升高或降低烧结温度等等。在Ａ、Ｂ两点间加上同一个信号源，其频率为

3.2 调整晶界电阻率１００ｋＨｚ，电压为１２Ｖ，在Ｃ、Ｄ两点间用示波器接受其信

号源，其信号源的能量波形图如图４。由于高磁导率的ＭｎＺｎ铁氧体中，要求含有一定量

的Ｆｅ３Ｏ４来控制Ｋ１和λｓ降至零而提高μｉ，且烧结温度较

高，晶粒较大，气孔少，晶粒内部的ρ值必然不高。因此

可以通过选用某些添加剂使在晶界形成高阻层，从而提高

晶界电阻率ρ，使ｔｇδ／μｉ下降。此类添加剂常用的有ＺｒＯ２、

ＣａＯ、ＳｉＯ２、ＧｅＯ及它们的组合形式。另一方面，因为烧

结温度与晶粒生长密切相关，烧结温度愈高，晶粒愈大，图　４

晶界愈薄，ρ愈低，涡流损耗愈大，所以在ＭｎＺｎ铁氧体从输出信号源的能量波形图可以看出，样品３、４的输工艺中可通过调整烧结温度来调整晶界电阻率。出峰值电压较高，而样品５、６较低，即磁芯材料的ｔｇδ／μｉ4 实验思路、过程与试验数据值须控制在一定的范围内，以满足电路图３中的功率输出

最大条件，而不是尽量提高或降低磁芯材料的ｔｇδ／μｉ值。

4.1 实验思路5 高磁导率阻抗匹配材料产业化

本实验采用μｉ为１００００的ＭｎＺｎ铁氧体基本配方，在

此基础上对某些添加剂采取组合添加，制成市场中常用　　　高磁导率阻抗匹配材料主要用作低、中频载波机的的Ｈ１８×１４×８磁环，并在特殊的氧气氛下进行烧结、冷滤波器磁芯、高频调谐回路及扫描回路的电感磁芯、节能却，严格控制晶粒内部和晶界的电阻率，使得磁导率μ灯用能量转化元件等。高磁导率阻抗匹配材料品种有 …… 此处隐藏：1953字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……