非晶微晶软磁合金系列电感材料及器件的开发应用

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1、非晶微晶软磁合金系列电感材料及器件的开发应用DevelopmentofAmorphous&NanocrystallineSoftMagneticAlloyMaterials&CoresforInductor摘要：本文介绍了我所近几年来利用非晶微晶合金优异的软磁性，通过不同的热处理方式和加工方式研制开发应用有效磁导率从几十到几万的系列电感材料及器件，用作各种电感器件，取得了良好的应用效果。1前言非晶合金是采用超急冷技术将液态金属直接冷却形成厚度0.02~0.04mm的固体薄带，该合金具有独特的性能，如优异的磁性，耐蚀性、耐磨性、高强度和硬度等。随着

2、快淬技术工艺的发展，80年代末，日本学者又在非晶化基础上发明了微晶合金材料，不仅保留了非晶合金的性能特点，而且还具有更优异的软磁特性。由于它们性能优异，生产工艺简单，价格低廉，而获得了迅速发展。作为高新技术产品，大量的非晶微晶合金制品正在逐渐替代坡莫合金和高性能铁氧体产品，以满足电子工业向高频、大电流、节能方面发展的需要。常用非晶微晶软磁合金及性见表1。非晶微晶合金家族中应用前景良好的应是铁基非晶和铁基微晶合金材料，它们最佳应用频带是kHz，这一频段又是今天电子技术发展最为活跃的领域，使得非晶微晶合金材料制成的磁性元器件得到广泛应用。非晶微晶合金

3、材料可以通过热处理工艺、热处理方式及加工技术等来调整改变其软磁特性，使其制成的磁性器件能满足不同场合不同条件的使用要求，拓展其在电力电子领域的应用市场。我所利用该合金材料这一特点研究开发出有效磁导率从几十到几万非晶微晶合金系列电感材料及器件，用作各种条件的电感铁芯，取得的良好的应用效果、经济效益和社会效益，某些产品填补了国内非晶微晶合金产品的空白。2非晶微晶合金材料在高频开关电源中应用简述随着电子信息产业的迅速发展，高频开关电源的三大主力市场：通信、计算机和消费电子也将得到迅速发展。无论是AC/DC或DC/DC电源，除功率晶体管外，由高性能磁性材

4、料制成的主变压器、扼流圈及其他电感器（如抗噪声滤波器）是极重要的元件，其磁性能和尺寸直接关系到电源的转换功率和功率密度等。非晶微晶软磁合金材料的带厚和电阻率决定其最佳应用频率范围是kHz频带，正好与目前高频开关电源频带相重合，所以高频开关电源用非晶微晶合金磁性器件的研究开发应用工作非常活跃。高频开关电源中使用的磁性器件较多，如图1所示，目前常用的器件均为开关电源的核心元件，如功率变压器、电流互感器、共模电感、扼流圈、滤波电感、可饱和电感、尖峰信号抑制器及抗噪音干扰器件等。多年来我们研究开发了多种规格的非晶微晶合金的O型、C型、CD型等开关电源功率

5、变压器铁芯应用在中频电源、逆变电源、程控交换机及逆变焊机用电源变压器等（如表2所列的应用实例）。这些高新技术产品的成功应用，不仅提高非晶微晶合金材料及器件的技术和生产能力，而且还促使非晶产业化的发展。由图1可知，高频开关电源中另一类大量应用的磁性器件是电感元件，尤其是高频大功率大电流开关电源的各类电感器件往往是设计者最难选择的器件之一，价格低廉的硅钢和铁粉芯，频率特性不佳，易发热影响开关管工作；常规高性能铁氧体，饱和磁感和居里点低，往往要增加磁芯尺寸和加大气隙，增加使用困难；选用坡莫合金的电感器件又因其含Ni量达50~80%价格贵成本高，而且大电

6、流条件下使用的磁粉芯（MPP)基本上依赖进口，性能价格比极不理想。我们选用价格适中性能优异的非晶微晶合金软磁材料，通过热处理方法、工艺及加工技术等来调整其软磁特性，研制开发了有效磁导率从几十到几万的系列电感材料及器件来满足不同条件的电感特性需要。3非晶微晶合金系列电感材料及器件的开发应用3.1简述随着高频技术的广泛应用，人们对电磁兼容（EMC)、噪音污染等问题越来越重视，抗EMI技术现已成为一门新型的技术和新型的产业，解决电子设备的电磁兼容性更加迫切，各种各样的抗电磁干扰抑制噪音等磁性器件得到广泛应用，这些器件的关键元件之一就是电感器件，另外由于

7、常用高频开关电源中的电感器件工作频带在kHz频带，因而现在非晶微晶合金材料已被广泛用来制作这类电感器件。近年来，我们在前人工作的基础上，大力研究开发应用非晶微晶合金材料系系列电感及器件，不仅开展了较为成熟的横场退火法和带气隙非晶微晶电感铁芯的工作，而且在国内首创铁基微晶合金的磁粉芯的铁基非晶无间隙宽恒导电感器件的研究开发，并使之商品化、系列化，取得良好的应用效果，现已形成有效磁导率从几十到几万的系列电感材料及器件，满足不同用户的需要。3.2共模电感及尖峰抑制器共模电感及尖峰抑制器均为小信号工作状态，要求电感量越大越好。依据/100×ι(μH)式中

8、:——有效磁导率——有效截面积/cm2N——绕线匝数ι——平均磁路长度/cm由式可知，磁芯的有效磁导率越高电感量越大，因而非晶微晶合金的