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电源适配器向高频率发展

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电源适配器向高频率发展

       软磁铁氧体是电源适配器变压器中使用比较早的软磁材料。随着电源适配器工作频率越来越高,相应的材料一代接一代地开发出来。20世纪70年代初,为适应电源适配器市场的需要,开发出第一代功率铁氧体材料,如TDK的H35。这种材料由于其功耗大,只适用于工作频率在20kHz左右的民用电源适配器。20世纪80年代初,第二代功率铁氧体材料问世,如YDK的H7C1(PC30)。这种材料具有负温度系数功耗,随着温度升高,功耗呈下降趋势,适用的工作频率为100kz左右。20世纪80年代后期,为适应高频电源适配器的发展,开发出第三代功率铁氧体材料,如TDK的PC40材料,其工作频率为250kHz左右。这类材料特别适用于工作频率为数百千赫的电源适配器,现在被广泛应用于工业类的电源适配器中。进入20世纪90年代中期,由于信息技术对器件小型化、片式化的要求,第四代功率铁氧体材料已开发成功,如TDK的PC50牌号材料。这种材料的工作频率可达500kHz以上,进一步为电源适配器的轻小、薄做出贡献,是今后软磁铁氧体的发展方向。


       我国新发布的“软磁铁氧体材料分类”行业标准,把功率铁氧体材料分为PW1~PW5五类其适用工作频率也逐步提高。PW1材料的适用频率为15~100kHz,PW2材料的适用频率为25 ~200kHz,PW3材料的适用频率为100~300kHz,PW4材料的适用频率为300kHiz~1MHz,PW5  材料的适用频率为1~3MHz。目前,国内的企业已能生产相当于PW1~PW3的材料,PW4材料 只有少部分企业能小批量试生产,PW5材料仍有待于进一步开发、研制和试生产。

       开关频率的高频化(几百千赫兹到兆赫兹)是电力电子产品技术含量高低的重要标志。提高开关频率,减小了功率磁性元件的体积和重量,从而减小了整个产品的体积和重量。根据理论分析,在相同的磁通密度下,频率提高一倍,变压器的铁芯截面积可以减小一半。同样,频率的提高可以减小电感器的电感量。但频率的提高,将引起磁件损耗的急剧增加。所以,磁件的体积和重量的减小大体上与开关频率的平方根成比例。通过改善磁件的散热条件,可以进一步提高这一比例。软开关技术的发展以及开关损耗的降低,使开关器件的工作频率逐步提高。但磁件损耗也急剧增大,限制了频率的进一步提高。磁件的高频化是电力电子技术高频化的必然要求,也是磁件发展的最重要趋势。
       就磁件来说,高频化所带来的问题主要体现在四个方面。一是使磁件的分布参数的影响增大。如变压器在高频下匝间电容和原副绕组耦合电容的影响显著增大,成为不可忽略的电路参数。频率对铁芯损耗、绕组损耗甚至激磁电感、漏感等参数的影响也显著增大,使得磁件的电路模型更加复杂。二是使磁件的损耗增大,涡流效应更加显著。铁芯和绕组的结构和布置方式,甚至绕组的端部结构对磁件的损耗具有重要的影响。电感器的气隙扩散使磁通损耗急剧增加,变压器原副绕组的各种结构形式对绕组损耗也有关键的影响。三是给磁件的测试带来困难。在高频下,测试系统的分布参数所引起的相位误差增大,从而使磁件参数(如损耗等)的测量误差急剧增大。四是对磁性材料提出了更高的要求。除了积极研制高频低损耗磁性材料外,也出现了各种结构形式的磁材料,如用厚膜技术制造分层磁芯、西门子公司研制的磁性薄膜(FPC)等。

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| 发布时间:2018.04.03    来源:电源适配器厂家
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