电源用MnZn铁氧体技术进展
颜冲[1] 陆柏松[2] 吕东华[3]
（横店集团东磁股份有限公司 东阳 310018）
个人电脑、网络通讯、信息家电、汽车电子等IT技术的飞速发展，对电子器件提出了愈来愈高的要求。随着电子器件的小型化和高效率化，在电气、电子设备中对小型、高效率的变压器的需求越来越大。软磁铁氧体作为电子、电气设备中的关键功能材料，已经得到广泛使用。在软磁铁氧体中，MnZn铁氧体的市场份额在70％以上，而MnZn功率铁氧体在MnZn铁氧体中又约占70％的市场。所以MnZn功率铁氧体的技术进步对整个软磁铁氧体行业及下游产业会产生重要影响。目前MnZn功率铁氧体正在朝着高频、宽温、高饱和磁通密度、低功耗的方向发展，本文介绍了近年来取得的一些进展。
一、宽温、低功耗MnZn功率铁氧体材料
自从2003年TDK公司发布宽温低功耗材料PC95以来，由于其良好的温度特性，世界上主要铁氧体公司先后竞相开发。目前能够提供与PC95材料性能类似产品或样品的公司有FDK公司的6H60、JFE公司的MBT2、韩国梨树(SU)公司的PM12、台湾越峰公司的P46。其中韩国梨树(SU)公司的PM12材料目前还没有见到该材料的相关性能指标和曲线。JFE公司除了向市场提供了MBT2材料外，在实验室已经成功开发出了MBT3材料。该材料在20～140℃范围的功耗都低于340 kW/m3(100kHz，200mT)，其90℃的谷点功耗为245 kW/m3，该材料性能已经优于PC95材料。表1对不同公司宽温低功耗MnZn功率铁氧体性能进行了比较。国内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，表1是现阶段DMR95材料的实验室性能参数，进一步的试验目前正在进行中。
表1：不同公司宽温低功耗MnZn功率铁氧体性能比较
|
|
DMEGC |
TDK |
FERROXCUBE |
FDK |
ACME |
JFE |
||
|
牌 号 |
|
DMR95 |
PC95 |
3C95 |
6H60 |
P46 |
MBT1 |
MBT2 |
|
µi |
25℃ |
3521 |
3300 ±25％ |
3000 ±20% |
2800 ±25％ |
3300 ±25％ |
3400 ±25％ |
3300 ±25％ |
|
Pcv (kW/m3) |
25℃ |
321 |
350 |
350 |
|
400 |
390 |
370 |
|
60℃ |
283(80℃) |
280(80℃) |
|
|
|
330 |
310 |
|
|
100℃ |
293 |
290 |
290 |
300 |
400 |
340 |
300 |
|
|
120℃ |
334 |
350 |
|
|
|
400 |
370 |
|
|
Bs (mT) |
25℃ |
527 |
530 |
530 |
530 |
480 |
510 |
530 |
|
60℃ |
|
480 |
|
|
|
460 |
470 |
|
|
100℃ |
405 |
410 |
410 |
430 |
370 |
390 |
400 |
|
|
120℃ |
371 |
380 |
|
|
|
|
|
|
|
Br (mT) |
25℃ |
56 |
85 |
|
|
100 |
90 |
70 |
|
60℃ |
|
70 |
|
|
|
70 |
50 |
|
|
100℃ |
40 |
60 |
|
|
50 |
60 |
40 |
|
|
120℃ |
59 |
55 |
|
|
|
|
|
|
|
Hc (A/m) |
25℃ |
11.4 |
9.5 |
|
|
8 |
9.0 |
7.5 |
|
60℃ |
|
7.5 |
|
|
|
7.0 |
5.5 |
|
|
100℃ |
8.7 |
6.5 |
|
|
5 |
6.0 |
4.3 |
|
|
120℃ |
11.4 |
6.0 |
|
|
|
|
|
|
|
Tc(℃) |
≥ |
220 |
215 |
215 |
200 |
200 |
230 |
215 |
|
ρ(Ω·m) |
25℃ |
6.0 |
6.0 |
5.0 |
|
5 |
4.0 |
4 |
|
ρ(g/cm3) |
25℃ |
4.85 |
4.9 |
4.8 |
4.9 |
4.8 |
4.8 |
4.8 |
二、高Bs、低功耗MnZn功率铁氧体材料
这里所指的高Bs材料是指在100℃下Bs≥440 mT的材料。2003年3月，FDK公司宣布成功地开发出了一种在高温条件下饱和磁通密度非常高的MnZn铁氧体材料“4H系列”。推出了100℃条件下饱和磁通密度为450mT的“4H45材料”和470mT的“4H47材料”两种产品。使FDK公司的高Bs锰锌铁氧体材料的研究与生产处于国际领先水平。但4H45和4H47在100℃条件下的功耗仍然较高：4H45为450kW/m3, 4H47为650 kW/m3。
2004年9月，TDK公司推出了高Bs低功耗MnZn铁氧体材料PC90。该材料在100℃条件下饱和磁通密度为450mT，与4H45材料相当。但室温下饱和磁通密度为540mT,比4H45材料的高。尤为重要的是，PC90材料在100℃条件下的功耗为320kW/m3, 与4H45材料相比功耗大大降低，已经接近PC44材料的功耗水平。所以该材料一经推出，立即在业界引起轰动。被认为是突破了当今MnZn功率铁氧体生产的性能极限。国内东磁公司也积极投入了相当PC90材料的开发工作，推出了DMR90材料。DMR90材料与TDK公司的PC90材料性能非常接近，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经处于国际领先水平。
此外，JFE公司推出了MB1H材料，其100℃下的Bs为460 mT，功耗为380 kW/m3。日立金属公司推出了MB28D材料。NICERA公司也在实验室中开发成功两种高Bs材料BM30、BM40。表2是目前全球已经批量生产和将要量产的高Bs、低功耗MnZn功率铁氧体性能一览表。
表2：世界各大公司高饱和磁通密度MnZn功率铁氧体材料性能一览表
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公 司 |
|
DMEGC |
TDK |
FDK |
NICERA |
HITACHI |
JFE |
TOKIN |
FERROXCUBE |
EPCOS |
||||||||
|
牌 号 |
|
DMR90 |
PC33 |
PE33 |
PC90 |
4H45 |
4H47 |
BM30 |
BM40 |
MB19D |
MB28D |
MB1H |
BH3 |
3C30 |
3C34 |
3C92 |
3C96 |
N92 |
|
µi |
25℃ |
2200 |
1400 |
1700 |
2200 |
2000 |
1200 |
2000 |
1200 |
1900 |
2800 |
1600 |
1800 |
2100 |
2100 |
1500 |
2000 |
1500 |
|
Pcv (kW/m3) |
25℃ |
660 |
1100 |
1200 |
680 |
|
|
720 |
1000 |
|
|
980 |
600 |
|
|
|
|
|
|
60℃ |
470 |
800 |
|
470 |
|
|
480 |
680 |
540 |
310 |
||||||||