论文部分内容阅读
本文针对开关电源高频小型化需求,采用氧化物陶瓷工艺制备了MHz级开关电源用MnZn功率铁氧体,系统研究了主配方、二次球磨时间、烧结温度及烧结氧分压对MnZn功率铁氧体显微结构和起始磁导率的影响,并通过损耗分离深入分析了材料的磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗的变化规律,研制出了具有高磁导率、高饱和磁感应强度以及低损耗的MnZn功率铁氧体,并基于该材料完成了MHz级开关电源变压器的设计和制作。首先分析了配方与制备工艺对MHz级开关电源用MnZn功率铁氧体性能的影响,结果表明:在53.555.6 mol%范围内,随着Fe2O3含量的增加,铁氧体的起始磁导率μi先上升后下降,总损耗先减小后增大,μi-T曲线的二峰位置和Ph-T曲线的最小值所对应的温度点逐渐移向低温,涡流损耗和剩余损耗逐渐增加;在913 mol%范围内,随着ZnO含量的增加,铁氧体的起始磁导率逐渐增加,总损耗先减小后增大,Ph-T曲线的最小值所对应的温度点逐渐移向低温,涡流损耗和剩余损耗先减小后增大,适宜的主配方为Fe2.13Mn0.65Zn0.22O4;球磨时间通过影响粉体活性和球磨粉料中ZrO2杂质含量影响铁氧体的磁性能,球磨时间过短,粉体活性较低,烧结时晶粒生长不完全。球磨时间过长,烧结时晶粒生长过快,同时球磨引入的Zr O2杂质增多,适宜的球磨时间为4h;烧结温度过低,晶粒生长不完全,起始磁导率较低,损耗较大,烧结温度过高,晶粒异常长大,铁氧体磁性能下降,适宜的烧结温度为1150℃;氧分压的大小不仅会影响晶粒生长,还会直接影响Fe元素的离子价态,随着氧分压的增大,铁氧体的密度和起始磁导率逐渐减小,磁滞损耗Ph和涡流损耗Pe逐渐增加,同时μi-T曲线的二峰位置和Ph-T曲线的最小值所对应的温度点逐渐移向高温,相同氧分压烧结的MnZn功率铁氧体的涡流损耗Pe和剩余损耗Pr均随测试温度升高而增大,适宜的烧结氧分压为2%。其次,通过分析变压器磁心和绕组损耗特性,对器件的绕组结构进行设计,并基于自主研发的MHz级开关电源用MnZn功率铁氧体材料,制作了应用于MHz频段的开关电源变压器。在13MHz频率范围内,随着频率的增加,变压器的初级电感和初级漏感变化不明显,阻抗逐渐增大。当频率超过3MHz后,变压器阻抗显著增大,表明变压器可工作于13MHz高频。