【摘 要】
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电子产品的集成化使得电子元器件的体积趋向小型化,变压器作为开关电源模块中的重要组成部分,减小变压器的体积,对缩小开关电源模块有明显效果,低温共烧铁氧体(LTCF)技术的出现使变压器得以片式化。Ni Cu Zn铁氧体因其具有高饱和磁感应强度、低损耗等良好的功率特性,常被用作变压器的基板材料。为实现高性能的LTCF变压器用功率铁氧体材料,首先要解决由低温烧结引起的铁氧体材料晶粒生长不均匀、气孔增多,从
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电子产品的集成化使得电子元器件的体积趋向小型化,变压器作为开关电源模块中的重要组成部分,减小变压器的体积,对缩小开关电源模块有明显效果,低温共烧铁氧体(LTCF)技术的出现使变压器得以片式化。Ni Cu Zn铁氧体因其具有高饱和磁感应强度、低损耗等良好的功率特性,常被用作变压器的基板材料。为实现高性能的LTCF变压器用功率铁氧体材料,首先要解决由低温烧结引起的铁氧体材料晶粒生长不均匀、气孔增多,从而导致材料电磁性能下降的问题。为此,本文通过研究烧结制度、优化基础配方、复合掺杂等方式制备得到优良功率特性的铁氧体材料。首先,为研究低温烧结对Ni Cu Zn铁氧体的功率特性的影响,(1)研究了预烧温度对Ni Cu Zn铁氧体性能的影响。研究结果表明,铁氧体材料在合适的预烧温度下可以获得较高的起始磁导率以及较低的损耗;(2)在此基础上,研究了铁含量对铁氧体性能的影响。可以发现,随着铁含量的增加,可以增大Ni Cu Zn铁氧体的起始磁导率,但对居里温度的提升效果不明显。接着,为提高材料的居里温度:(1)引入了高居里温度的Li Zn铁氧体。研究结果表明,掺入Li Zn铁氧体能够提高复合材料的居里温度,同时还促进了Ni Cu Zn铁氧体的晶粒生长,改善了样品的功率特性:降低了样品的损耗,提高了复合样品的起始磁导率和饱和磁感应强度;(2)在复合材料的基础上,调整了Ni Cu Zn铁氧体中的Zn含量。结果表明,随Zn含量的不断降低,复合样品的居里温度逐渐增大。研制获得的复合铁氧体材料特性如下:较高的相对起始磁导率(μi:~400),较高的居里温度(Tc>240℃),较高的饱和磁感应强度(Bs>350m T),以及较低的室温功耗(Pv<100 k W/m~3,100k Hz@30m T)。最后,基于自主研制的复合铁氧体材料,利用ANSYS EDT电磁仿真软件设计并优化变压器模型。最终变压器优化后的结果为:变压器尺寸为8mm×8mm×4mm,工作频率在1MHz附近时,耦合系数为0.91,转换效率为90%,较好的完成了叠层片式变压器的模型构建与性能优化。
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