摘要： 本文主要介绍了国内外新型功率软磁铁氧体磁芯的技术发展水平，及新型功率软磁铁氧体磁芯减少了单位体积的功率损耗，与过去的产品比较，制成的变压器、电源、扼流圈等具有小型化、薄型化、轻量化和效率更高的特点。
1 前言
磁心材料有铁氧体系和金属系两类，近年来，伴随着电子整机的高频化，使用最广的是具有优质高频特性的铁氧体材料（软磁铁氧体）。
铁氧体材料广泛应用于电源变压器、通信用变压器、CRT的偏转线圈、扼流圈、滤波器和抑制噪声器件等。
作为铁氧体材料，目前最引人注目是MnZn（锰、锌）系铁氧体材料。该材料与其他铁氧体材料比较，磁各向异性小，应用频率高。为此，它具有高磁导率、低损耗和高磁通密度的特点，大量用于通信用变压器、电源用变压器、倒相变压器和扼流圈等。[1]
目前的电源是以开关电源为主流，在开关电源中所用的变压器，是在高频特性好的铁氧体磁心上绕上线圈制造而成。为使变压器实现小型化和薄型化，要求使用高性能的铁氧体磁心。特别是近年来，伴随着对整机的小型化和高效率化的要求进一步提高，作为变压器用铁氧体磁心材料，要求功率损耗要小。
功耗是因输入的一部分能量所产生的热量，带来温升而使效率下降。降低磁芯功耗，就可减少变压器的损耗，使温升降低。
现在的电源是以开关电源、反相电源和DC-DC变换器为主流，在这些电源中所用的变压器是使用具有高频特性优越的铁氧体磁芯。
另外，最近扼流圈等磁性器件面对电脑等电器倾向于低电压、大电流化，也在谋求小型化和低损耗。
为使变压器和扼流圈进一步小型、薄型化，迫确需求开发磁性能更高的铁氧体磁芯材料。近年来，特别是伴随着整机的小型化，要求磁性器件体积更小，效率更高，并要求进一步降低功耗。
作为磁芯材料，目前最被人们关注的是锰锌系铁氧体材料，开发和销售新型铁氧体磁芯的公司主要有日本TDK、富士、索尼、西德西门子、荷兰飞利蒲及国内东磁、天通、七星飞行等公司。
2 新型功率铁氧体磁芯材料
日本TDK公司最近开发出了具有高饱和磁通密度和宽温低功耗的新型PC90、PC95铁氧体磁芯材料，并广泛应用于变压器和扼流圈中。该公司是利用独自的精密材料控制技术，并采用新工艺而开发出的高饱和磁通密度特性和低磁芯功耗特性兼备的新型铁氧体磁芯材料。
PC90材料具有比以往的高Bs材料更高的Bs(450mT at 100℃)特性以及功率铁氧体材料同等的低损耗(320kW/m3 at 100kHz、200mT、100℃)特性。为此，在通过大电流时，即使在所需要的大的励磁条件下使用，也不必担心发热问题，在同等条件下使用，可缩小20%的磁芯体积。该材料刷新了TDK公司所有功率铁氧体材料的高温DC-Bias特性记录。即使作成扼流圈，也可获得以往的高Bs材料的特性，这是对电源小型化、薄型化和轻量化的最大贡献。
PC95材料是TDK公司推出的又一种令人耳目一新的新材料。该材料是一种宽温低功耗铁氧体材料，它聚集了PC45、PC46和PC47的优点，在25℃~120℃温度范围内功耗均小于350mW/cm3（100kHz、200mT条件下）。在25℃和120℃时功耗350mW/cm3，在80℃时280mW/cm3，该材料的其他指标为：μi=3300±25%，Bs=540mT(25℃)，而在高温100℃时，Bs=430mT。[2]
日本索尼公司，最近通过磁芯材料烧结时的高密度化，新开发出了FE15和FE20铁氧体磁芯材料。FE15材料谋求原料组分和烧结条件的最佳化，获得了比以往的低损耗材料(FE13)密度更高的烧结体，功率损耗特性在100kHz、200mT、90℃的条件下，达到220kW/m3。FE20材料采用高密度低温烧结法解决了控制晶体粒径微观结构时所产生的烧结密度下降的问题，并在1MHz的高频下使用时，降低了涡流损耗和磁滞损耗，实现了在1MHz、50mT、90℃的条件下，功率损耗特性低于150kW/m3。因两种铁氧体磁芯材料都减少了单位体积的功率损耗，故与过去的产品比较，制成变压器具有小型化，温升低的特点。[#page#]
另外，作为FE30材料，过去只用来制作VTR磁头，通过调整配方，采用新的烧结技术，可以作为面向电源的高饱和磁通密度材料使用。其结果，在常温下的饱和磁通密达到590mT，100℃下达到480mT的同行业最高水平。该材料作成铁氧体磁芯，用在电源等的平滑扼流圈上时，体积可缩小25%。
日本FDK公司最新开发的4H系列MnZn铁氧体磁芯材料，通过调整铁氧体材料配方，使居里温度（磁性消失的温度）向高温移动，进一步谋求烧结温度的最佳化，实现了高温区域内世界最高的饱和磁通密度。该材料用于制作感性器件（电感器），同样产品的体积比过去的产品缩小了15~20%，适用于高温场合下的车载用变压器和LCD用倒相变压器等。该系列材料中，4H45的饱和磁通密度在100℃下达到450mT；4H47的饱和磁通密度在100℃下达到479mT。实验室水平的饱和磁通密度在100℃下达到500mT。
德国Epcos公司也同样开发出了相应的N45材料，所不同的是该材料同时还具有磁导率高的特点。其性能为μi=3300±25%，Bs=550mT(25℃)，435mT(100℃)，tgδ/μi：2×10-6 (100kHz、25℃)， Tc>255℃。
荷兰Ferroxcube公司类似的材料为3B46，μi=3800±20%，Bs=545mT(25℃)，435mT(100℃)，tgδ/μi：1.6×10-6 (100kHz、25℃)， Tc>255℃。
目前在中国，批量生产高档功率材料粉料的一致性和稳定性与国外先进国家相比，还有待进一步提高；软磁铁氧体生产线专用设备与国外先进国家相比，也有一定的差距，一是自动化程度低，二是设备的稳定性和可靠性较差。在现有原材料和设备条件下，大量生产功率材料产品性能在PC40水平，氮气隧道窑大批量生产合格的PC44材料还有困难。从国内生产功率材料产品性能水平看，中国软磁铁氧体中低档产品占据国内外市场的60%以上，高性能PC44以上(PC47、PC50、PC95)性能的功率软磁铁氧体产品不足市场的10%。生产的主要问题是合格率，产品一致性，成本控制和效能提高。
目前，国内只有东磁、天通等少数单位积极跟踪国外技术，东磁公司推出了DMR90材料，该材料与TDK公司的PC90材料性能非常接近；东磁公司也开展了与PC95材料性能相类似的DMR95材料的开发工作。说明东磁公司在高Bs、低功耗MnZn功率铁氧体的开发与生产方面已接近国际水平。
3 结束语
从国内外铁氧体材料近几年的发展，世界各大磁性材料厂家竞相提高铁氧体材料的技术性能，以适应日益拓展的应用领域，使这种基础功能材料得到很大的发展。为保证设备系统稳定、可靠、高效运行，一种求新、求全的理念，已逐渐主导着铁氧体材料的研发方向。这就是要求材料具有更高的饱和磁通密度Bs，更高的直流叠加特性DC-Bias，更低的比损耗系数tgδ/μi（包括高磁通密度下的功耗）和总谐波失真系数(THD)，以及更宽的使用频率和更广的使用温度范围。即所谓两宽（宽频、宽温）、两高（高Bs、高DC-Bias）、两低（低的比损耗系数tgδ/μi或功耗Pc、低失真THD）兼备的特点。[3]
近年来，利用计算机模拟技术，可设计出不同尺寸结构的变压器用铁氧体磁芯。
作为通信用铁氧体磁芯，今后应针对高温高频LAN系统和高速LAN系统用的脉冲变压器开发专用的铁氧体磁芯以及进一步开发降低高频失真的xDSL调制-解调器变压器用铁氧体磁芯等。最近大量用在高速LAN系统中的脉冲变压器，对直流偏压负荷时的电感系数有一定要求，并要确保其性能。为此，不仅要保证起始磁导率水平下的电感系数，关键还在于良好的直流叠加特性。开发提高直流叠加特性的铁氧体材料也是今后的发展方向。
到目前为止的低功耗铁氧体磁芯材料，虽然在发热而引起的温升问题还有一定的解决余量，但由于饱和磁通密度还不太高，故在大的励磁条件下使用还存在一定的问题。另外，过去的高Bs材料，虽然对应Bs还有提高的余量，但还存在着因损耗大而发热带来的温升问题，不能有效的利用高Bs特性。因此，不断派生各种新材料，提高磁特性，扩大应用范围，也是今后应研究的课题。
参考文献
[1] 《铁氧体磁芯》V.W.卡姆普曲克 E.勒斯著 科学出版社
[2] www.tdk.com
[3] 磁性行业资讯，2010第5期
作者简介
高喜英，女，1978年生，工程师，北京工业大学电子信息工程专业，2001年至今在北京七星飞行电子有限公司一直从事软磁铁氧体Ni-Zn、Mn-Zn材料产品的技术研发与生产工作。
