高频电子变压器的发展方向

　　高频电子变压器的最大特点就是高频化。从变压器的工作原理来看，提高工作频率，可以减少变压器的体积和重量，也就是实现短小轻薄化，从而提高单位体积（或重量）传输功率，也就是高功率密度化。这些都是高频电子变压器本身固有的特点和直接带来的结果，而不能简单地把高频化、短小轻薄化、高功率密度化，作为高频电子变压器的发展方向。下面从高频电子变压器的整体结构、磁芯材料和结构、线圈材料和结构几个方面，提出一些发展方向的意见。

1、整体结构

　　为适应电子设备愈来愈轻薄短小，高频电子变压器一个主要发展方向是从立体结构向平面结构、片式结构、薄膜结构发展，从而形成一代又一代的新的高频电子变压器：平面变压器、片式变压器、薄膜变压器。高频电子变压器的整体结构的发展，不但形成新的磁芯结构和线圈结构，采用新的材料，而且对设计方面和生产工艺方面也带来新的发展方向。在设计方面，除了要研究各种新结构的电磁场分布，如何达到最佳的优化设计，还要研究多层结构的各种问题。在生产工艺方面，要研究各种新的加工方法，从而保证性能的一致性和实现加工工艺的机械化和自动化等。

　　在MHz级高频电子变压器中，愈来愈多的应用领域采用空心变压器。探讨空心变压器的结构、设计方法、制造工艺和应用特点也是其研究和发展方向。另外，压电变压器等新工作原理的高频电子变压器的研究也是发展方向，经过近十年的研究开发，压电变压器已经在一些领域中得到了实际应用。

　　采用计算机对整体结构方案进行优化和具体设计，是现在各种电子器件的主要发展方向之一，当然也是高频电子变压器的一个主要发展方向。这样可以缩短设计时间，减少材料用量，缩短生产周期，降低成本。

2、磁芯材料和结构

　　磁芯在采用软磁材料，以电磁感应原理工作的高频电子变压器中是最关键的部件。磁芯材料的主要发展方向是降低损耗，加宽使用的温度范围和降低成本。磁芯结构的主要发展方向是如何形成形状和尺寸最佳（对电磁性能、散热、用量和成本等参数）的平面磁芯、片式磁芯和薄膜磁芯。

　　现在各种软磁材料，都在不断地改进和开发，以竞争高频电子变压器的市场。

　　软磁铁氧体是现在高频电子变压器使用的主要磁芯材料，发展方向是开发性能更好的新品种和降低成本的新工艺。在材料新品种方面，日本TDK公司在2003年开发出宽温低损耗材料PC95，在25℃～120℃温度范围内损耗都小于350mW/cm3（在100kHz×200mT条件下）。在80℃时损耗最小，为280mW/cm3。25℃时Bs为540mT，100℃时，Bs为420mT。还开发出高温高饱和磁密材料PE33，居里点Tc>290℃，在100℃下，Bs为450mT。在100℃，100kHz×200mT条件下，Pc≤1100mW/cm3，日本FDK公司，德国EPCOS公司、Ferrocube公司也开发出类似的高温高饱和磁密材料。

　　高磁导率材料也有许多新品种，如TDK公司的脉冲变压器用H5C5，μi为30000左右。抗电磁干扰电感器用HS10，同时具有良好的频率特性和阻抗特性，在500kHz仍具有较高磁导率，虽然初始磁导率不高，只有10000左右。高磁导率高饱和磁密材料DN50，在25℃时Bs为550mT，在100℃时Bs为380mT，μi为5200左右，居里温度Tc≥210℃。

　　在新工艺方面，自蔓延高温合成法（SHS）是近年来的研究热点，其原理是利用反应物内部的化学能来合成材料。整个工艺极为简单，能耗低，生产效率与产品纯度高，对环境无污染，已经成功合成Mg、MgZn、MnZn、NiZn铁氧体，正在实现产业化。火花等离子烧结法（SPS），可以成功地制成多层MnZn铁氧体和坡莫合金复合软磁材料磁芯，同时具有MnZn铁氧体的高频低损耗特性和坡莫合金的高磁导率高饱和磁密特性，这种复合软磁材料磁芯，将使高频电子变压器的性能明显地提高。其他工艺如自燃烧合成法、快速燃烧合成法、水热合成法、新型水热合成法、机械合金法、微波烧结等，近年来均开展了大量研究，都符合提高性能和降低成本的发展方向。

　　由于软磁铁氧体的饱和磁密低，在20kHz～100kHz的较高频范围内，性能价格比的优势不如100kHz以上的高频范围那样明显，其他几种软磁材料在20kHz～100kHz的较高频范围内，与软磁铁氧体展开激烈的竞争。各种软磁材料都有各自的特点，因此，如何在具体的高频电子变压器产品中，充分发挥各种软磁材料的优点以达到更好的性能价格比，是高频电子变压器所用的软磁材料的发展方向。

　　硅钢的特点是饱和磁密高，性能稳定，价格较低，近年来发展了一系列高频用硅钢，包括超薄带硅钢、6.5％硅钢、梯度硅钢和含铬的硅钢。特别是含铬的硅钢已经用于25kHz和70kHz的电子变压器中。现在硅钢使用的工作频率已达到325kHz。

　　高磁导坡莫合金的特点是磁导率高，环境适应性好，但是价格贵，近年来发展的坡莫合金超薄带，使用的工作频率已超过1MHz，在特殊要求的地方和军工设备中使用。

　　钴基非晶合金是现有软磁材料中高频损耗最低的一种材料，价格贵，但是，在200kHz以上的高频中使用，磁芯重量小，价格因素不突出，目前在200kHz和1MHz的高频电子变压器中大量使用。

　　软磁复合材料现在成为高频电子变压器用磁芯材料的一大发展方向，它与传统的软磁铁氧体和软磁合金相比，其磁性金属粒子或者薄膜，可以分布在非导体和其他材料中，使高频损耗明显降低，提高了工作频率。同时，其加工工艺既可采用热压法加工成粉芯，也可以利用现在的塑料工程技术，注塑成复杂形状的磁芯，具有密度小、重量轻、生产效率高、成本低，产品重复性和一致性好等特点。还可以采用不同的配比，改变磁性。上面已介绍软磁铁氧体和坡莫合金组成的复合材料的例子，现在已开发出工作频率10kHz以上的软磁复合材料粉芯，在高频用滤波电感器中可代替软磁铁氧体。

　　根据高频电子变压器整体结构的发展要求，磁芯结构的发展方向是平面磁芯、片式磁芯和薄膜磁芯。平面磁芯以前有的是用原来的软磁铁氧体磁芯进行改造，现在已有专门用于平面变压器的各种低高度软磁铁氧体磁芯。将来还可能开发出各种低高度软磁复合材料磁芯。片式变压器的磁芯除了将