张继松（中国西南应用磁学研究所，四川绵阳621000）

介绍软磁铁氧体材料的种类及性能和在电子变压器中的应用，对其发展方向也进行了简要描述。

1前言

软磁铁氧材料作为一种功能材料已在国民经济的各个领域得到广泛的应用。随着信息产业、数字技术及光纤通信技术等的发展，软磁铁氧体的应用领域还在不断扩展，几乎覆盖了已有的各种频段的整机、设备分机和元器件，与人们的日常生活息息相关。

软磁铁氧体材料的发明与实用化，至今已有半个世纪。由于它具有高磁导率、高电阻率、低损耗及陶瓷的耐磨性，因而用软磁铁氧体材料制作的偏转线圈、回扫变压器、旋转变压器、中周变压器、脉冲变压器、开关电源、滤波器、扼流圈、电感器、抗电磁干扰变压器、电子镇流器等（广义称为电子变压器）在计算机、微型手机、通信、办公自动化、显示器、远程监控、彩色电视接收机、视听装置、家用电器、电磁兼容、绿色照明、环保节能及电子信息中起着滤波、阻抗变换、能量储存及能量转换等作用，得到广泛的应用。

电子变压器是应用软磁铁氧体材料的一种主要电子元器件。由于电子变压器在上述仪器、设备中所起的作用不同，所选用的电子电路不同，对磁性材料参数及磁芯形状和尺寸的要求亦不同，从而促使软磁材料生产厂家开发和生产能满足不同电子变压器所需性能的软磁材料及不同形状和尺寸的软磁磁芯。

2软磁铁氧体材料

软磁铁氧体材料按成份可分为MnZn、NiZn、MgZn等尖晶石型和平面型六角晶系两类。从应用角度看，又可分为高磁导率（高μ）、高饱和磁通密度（Bs）及高频大功率（功率铁氧体）等几大类。

2.1MnZn铁氧体材料

2.1.1功率铁氧体材料

功率铁氧体材料主要应用于开关电源的主变压器。它要求软磁铁氧体材料具有高饱和磁通密度（Bs）和高振幅磁导率(μa)以提高功率转换效率并避免饱和；要求材料的功率损耗（PO）尽量小，希望呈负温度系数，以避免变压器在高频下发热，为了在高温下保持高的Bs值、材料的居里温度（θt）应较高，要求在高磁通密度下（B=20mT）、高温下（80℃～100℃）和高频下（20kHz～50kHz），有低的功率损耗。功率损耗从理论上分为磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗，根据其对频率的依赖性不同来区分，涡流损耗的大小与电阻率的倒数成正比。高电阻率是功率铁氧体最重要的性能，它是通过加入适量的添加剂来获得的。随着高频开关电源的工作频率发展到0.5MHz～1MHz，相应功率的铁氧体材料也已商品化、在80℃～100℃、500kHz、50mT下，磁芯损耗为80kW/m³～100kW/m³。专家们预测，未来开关电源的频率将达到1MHz或更高频率，那么，功率铁氧体将需开发工作频率为100kHz～300kHz、200mT、100℃时磁芯损耗为150kW/m³左右的材料。据资料报道，日本已开发出P_cv=199kW/m³(100kHz、200mT、80℃下)的低功耗材料。目前，世界上具有代表性的产品是日本TDK公司的PC30、PC40、PC44、PC50材料。

2.1.2高磁导率MnZn铁氧体

低宽频带变压器、小型脉冲变压器、电源滤波器等使用频率为数十赫至0.5兆赫的远程通信仪器，电磁兼容需要高磁导率MnZn铁氧体材料。一般要求μ_i=5000～12000，居里温度TC≥120℃，比损耗系数tgδ/μ_i=7～15×10⁶(f=100kHz)，温度系数=0.5～1.5×10^－6/℃，并要求随使用频率增加而磁导率的衰减慢，使μ_i～f曲线在较宽频带内保持平直，具有高的截止频率。目前世界上具有代表性的高μ1产品是日本TDK公司的H5C2、H5D、H5E、飞利浦的3E5、西门子的T38、大通公司的TL13等。日本TDK公司的H5E的μ_i已达到18000，预计到2002年将提高到25000左右。

2.2NiZn系铁氧体

NiZn系铁氧体的高频特性好（高P、低损耗角正切tgδ、低磁导率的温度系数），适用于制造各种电感器、中周变压器、滤波线圈、扼流圈等，在广播电视、传呼机、射频通讯、抗电磁干扰等领域得到广泛的应用，其磁导率在1500以下变化，使用频率范围为1MHz～100MHz。由于NiZn铁氧体具有较宽的频率带宽和较低的传输损耗，用它制成的器件可完成阻抗变换和能量传输功能。低烧结温度的NiCuZn铁氧体，具有高的电阻率，在高频下具有良好的磁特性，可用于制造片式电感器。

2.3MgZn、MgMnZn系铁氧体

MgZn、MgMnZn系铁氧体材料具有良好的高频特性，不需战略物质镍，成本低，在民用产品方面可部分替代NiZn系材料。高电阻率(ρ=10⁶Ωcm～10⁸Ωcm)的MgZn、MgMnZn系铁氧体材料用作电视机显像管偏转磁芯，能提高电视机、显示器的电气绝缘特性，能使彩色显示器避免高压击穿，提高其行扫描频率。

3软磁铁氧体在电子变压器中的应用

电子变压器是指用在电子线路和控制电路中、起着电磁能量转换、隔离和阻抗匹配的一种变压器。软磁铁氧体材料是电子变压器中的一种核心材料。电子变压器对软磁材料的要求是：（1）工作可靠，可以适应环境条件的变化，磁性能稳定，不随时间的增长而变化；（2）磁性能满足工作要求；（3）成本低，性价比高；（4）可批量生产。

在电子变压器设计中，应正确选用软磁材料和合理利用软磁材料的磁性参数来满足不同类型、不同尺寸、不同工艺要求的电子变压器的要求，以利充分发挥磁性材料的作用，设计和制造出性价比优越的电子变压器。

3.1开关电源变压器

开关电源变压器是开关形式电源稳压电源中使用的一种电子变压器，由于它工作在高功率、高磁通密度条件下，所以通常选用磁导率为1500～2500的锰锌铁氧体材料，在选用磁性参数时主要应该考虑饱和磁感应强度Bs、高磁通密度下的功率损耗、高频工作状态下的功率损耗及高温下的功率损耗等。通常要求饱和磁感应强度≥510mT。由于开关电源变压器的工作频率一般在20kHz～500kHz下且在矩形波状态下的频率，通常要求功率损耗是3倍～5倍的开关频率下的功率损耗，在100kHz条件下，功率损耗≤700kW/m³，在80℃时为最小值。随着开关电源小型化和工作频率的提高，由于涡流损耗PC∞f2（频率），因而降低涡流损耗对高频电源变压器尤为重要，当工作频率达到200kHz～500kHz时，涡流损耗常常占支配地位，从而要求铁氧体材料的电阻率要高。据最近报道，采用细晶粒铁氧体材料可成功地减小涡流损耗。开关电源变压器常采用EC型磁芯。由于EC型磁芯的中心柱为圆形截面，它与中心柱为方形截面的EE型磁芯相比，在相同的绕线截面积下，其绕线长度最小，故铜损小，制成的电子变压器的漏感也低，采用EC型磁芯制作开关电源变压器时绕制线圈简单，抗电强度高。

近年来，对开关电源变压器高频工作时的铁损、铜损、温升及电感进行分析后，研制出PQ型磁芯，现已进入实用阶段。小型化、超薄型、贴片式的开关电源变压器采用EPC型磁芯，这种开关电源变压器主要用在移动通讯手机充电器和笔记本电脑等小型电子设备中。

3.2回扫变压器

彩色电视机和监视器用的回扫变压器正向大屏幕和高清晰度及高分辨率方向发展，其产品具有较好的波束直线性，能在高压、高功率条件下工作。回扫变压器主要使用功率铁氧体材料，一般要求材料宽频低功耗，饱和磁通密度高及直流迭加特性优良，工作在16kHz～100kHz频率范围。回扫变压器目前采用U型磁芯，可充分利用其形状来达到散热效果。同时保证其在高电压状态下的安全性。由于轻、薄、节能又无辐射的液晶显示器和等离子体显示器近年来发展迅速，有可能在将来逐渐取代CRT，这意味着回扫变压器用U型磁芯可能逐渐被淘汰。

3.3脉冲变压器

脉冲变压器主要用在低功耗、小信号的电路中，对其要求是转换效率高、失真度低、体积小。为了达到这些要求，脉冲变压器常采用高磁导率锰锌铁氧体材料，要求材料磁导率μ_i高（7000～15000）并要求要较高的Q值。脉冲变压器通常采用EP型磁芯，这类磁芯的引线非常方便，且具有屏蔽效果，能满足脉冲变压器的小型化。为适应电信设备小型化的需要，日本、中国以及我国台湾和香港等地区的众多厂商正积极开发和生产小尺寸和表面安装式脉冲变压器，其体积较原有脉冲变压器小1/3，生产率提高15%～40%；在表面安装化的同时，脉冲变压器也在向高性能化方向发展，用于不对称数字用户线（ADSL）和高比特数字用户线（HDSL）的脉冲变压器已成上升趋势。

3.4音频变压器

音频变压器是一种技术成熟的产品，由于铁氧体磁芯具有低成本、小尺寸等优点，所以在音频变压器中常采用EI型和环型磁芯，而用环型磁芯制作的变压器较用EI型磁芯制作的变压器性能好，尽管环型磁芯变压器较EI型磁芯变压器价格高，但音频设备制造商能承受这种价格，故环型磁芯变压器的需求增长较快。

3.5振荡变压器

振荡变压器对电路的要求是传输效率高，有一定传输功率、体积小。它要求磁性材料的磁导率和饱和磁通密度高，通常选用磁导率为4000～5000，而饱和磁感应强度为400mT（800A/m）。

3.6电源滤波电感器

电源滤波电感器在电路中与电容器组成一个低通滤波器。为了使其达到较低的截止频率，要求电源滤波电感器具有较大的电感量。因为电感量正比于磁导率，故电源滤波器通常要求软磁铁氧体的磁导率达到5000～10000，同时要求磁导率与温度的关系为正温度系数，才能保证高电感量、低电流电阻。电源滤波器常采用UF型磁芯和ET型磁芯。UF型磁芯单边绕制线圈，制作工艺简单，成本低，但其辐射干扰大，且电感量不易做高。ET型磁芯克服了UF型磁芯干扰大、电感量低的缺点，但制作工艺难、成本高。

3.7电源变压器

电源变压器大量用在音/视频产品中。90年代以来，计算机及外设和通信工业的迅速发展为电源变压器开创了一个新的大市场。近年来，电源变压器在小型化、表面安装、降低功耗、提高工作频率和工作温度等方面取得了许多进展。电源变压器通常采用低损耗的锰锌铁氧体材料制作的EI型磁芯，这种磁芯是用一个E型磁芯和一个条型磁芯配对使用，其特点是制作工艺简单，售价便宜，散热条件好，它既可在中心柱上开气隙，又可在E型磁芯、条型磁芯和接触面插入一定厚度的绝缘片来代替气隙。由于R型磁芯的漏磁仅为EI型的1/10，产生的热量仅为EI型的一半，因此近年来R型磁芯电源变压器已进入市场，但因其价格相对较高，所以目前尚未在低档产品中应用。而近年发展很快的表面安装电源变压器终将成为通信领域中电源变压器的主流产品。

3.8平面变压器

平面变压器是一种新开发的高技术铁氧体电感元件，1994年首先在通信方面得到应用，目前已扩大到笔记本计算机、汽车电子、数码相机、数字化电视等方面。平面变压器有宽带变压器、功率变压器和阻抗匹配交换器等种类，特别适合表面贴装，对电子产品实现轻、薄、小型化将起关键作用。平面变压器通常采用高频功率铁氧体材料制成的RM型磁芯和E型磁芯。RM型磁芯的最大优点是它的形状特别适合于高密度安装，而且在高密度安装中引线槽不在一起，屏蔽效果好，散热窗口比罐型大，在500kHz～700kHz高频下的损耗低，E型磁芯的制造工艺简单，售价较便宜，有大的绕组空间，可允许大电流通过，但磁芯正柱的方形给绕制变压器带来一定困难，增加了变压器的漏感，降低了变压器的抗压强度。采用铁氧体双孔磁芯制成的平面变压器，也可以制作宽带电感元件，可实现新一代家电的数字化、网络化功能，频率覆盖范围在4MHz～2400MHz的频带内。使用高密度铁氧体磁芯制作的平面变压器可用在高频电信系统，显著提高功率密度和重复性。

3.9片式电感器

为了适应整机小型化、轻量化的要求，必须要有小型化的电感器件来满足电子元件表面高密度装配的需要，为此片式电感器件应运而生。

从制造工艺来分，片式电感器主要有4种类型，即绕线型、叠层型、编织型和薄膜片式电感器。

绕线型片式电感器是在传统电感器制造工艺基础上改进的。常见的绕线片式电感器主体结构是软磁铁氧体工字型磁芯，在磁芯的芯柱上单层或多层绕线，线的端头通过一定的方式接到电感器的外极上，外电极有的是用金属片制成的，有的是用贵金属涂覆后烧结而成的。线圈外面用环氧树脂涂覆或模封。为了解决屏蔽问题，可在环氧树脂中加入一定量的铁氧体粉未。它的特点是电感量范围广（mH～H），电感量精度高，损耗小（即Q大），容许电流大、制作工艺继承性强、简单、成本低等，但不足之处是在进一步小型化方面受到限制。

叠层型片式电感器是采用厚膜电感印刷工艺和铁氧体制作技术制作的。它是把铁氧体浆料和导电浆料交替印刷在基片上，然后烧结、施加外部电极构成闭磁路的整体。它具有良好的磁屏蔽性、烧结密度高、机械强度好。不足之处是合格率低、成本高、电感量较小、Q值低。

叠层片式电感器是电感器领域重点开发的产品，它与绕线片式电感器相比有诸多优点：尺寸小，有利于电路的小型化，磁路封闭，不会干扰周围的元器件，也不会受临近元器件的干扰，有利于元器件的高密度安装；一体化结构，可靠性高；耐热性、可焊性好；形状规整，适合于自动化表面安装生产。目前，这类产品已取得较大进展，并通过改进磁性材料性能、改善内部磁路结构和加速器件小型化等措施，不断拓展其应用市场。尤其是面向便携式电话、PHS等移动通信终端的高频毫微亨级电感器及主要面向个人电脑等高速数字信号处理设备的噪声抑制器，国外相继推出叠层型式新产品，达到了高密度安装中的极小片式元件尺寸，适应了SMT的需求。

高频叠层片式电感器现已用在亚微波到微波波段，它通常采用低介电常数陶瓷材料和抑制杂散电容的方式获得较高的自谐频率，其内部导体采用高频特性优异的银，以降低导体电阻、获得高Q值，其电感值从数毫微亨到数十毫微亨，容许误差很小，容许电流值设计为300mA级。这种电感器的外形尺寸最初为3.2mm×1.6mm，随着叠层技术的进步，其小型化的速度加快，出现了2mm×1.25mm、1.6mm×0.8mm、1mm×0.5mm的产品。

编织型片式电感器是将零磁致伸缩非晶强磁性纤维与导电性纤维组合织成布状物，设计出一种薄的，用作功率处理的微型磁性元件。特点是在1MHz下的单位体积电感量比其它片式电感器大、体积小、容易安装在基片上。

薄膜片式电感器是由平面线圈、磁性薄膜和绝缘膜形成的多层结构、采用薄膜技术和光刻工艺在基板上制成的。线圈形状可以是方框型，也可以是螺旋型和折线型。常用磁芯形状有条带阵列型、环耦合型、微细条状线路型等，用这些磁芯制成的电感器，在100MHz以上呈现良好的频率特性。

4发展方向

4.1软磁铁氧体材料的发展方向

软磁铁氧体市场将随着个人计算机显示器和家用电视机用偏转线圈磁芯和开关电源用磁芯的发展而稳定增长。

（1）为满足开关电源小型化、轻量化、高性能化要求，功率铁氧体将向高频化、低功耗方向发展。

（2）为适应多媒体通信、数字通信、移动通信及光纤通信的小型化和宽频带，高磁导率材料将向更高磁导率和更高的工作频率发展。

（3）为满足大屏幕、高清晰度电视及高分辨力计算机显示器的要求，应开发高饱和磁感应强度、低损耗和严格的形状尺寸公差的软磁铁氧体磁芯。

（4）为适应高档小型电感器及减少、抑制、消除电磁污染和干扰的需要，高频软磁铁氧体材料及器件将向高性能、高可靠、片式化、薄膜化方向发展。

4.2电子变压器的发展方向

电子变压器主要向小型轻量、高效安全、表面安装、高可靠和生产自动化方向发展。数字音频设备的普及将使音频变压器的需要量下降，新型电视接收机将更多地采用IC来进行信号处理；随着电子设备体积的缩小，袖珍型音频变压器将日益流行，环型铁氧体磁芯将进一步取代EI磁芯。脉冲变压器今后主要向小尺寸、表面安装方向发展，同时要降低生产成本；电信设备和联网应用将为脉冲变压器带来新的商机；ADSL和HDSL脉冲变压器将成为脉冲变压器的主要发展方向之一。HDTV和高频监视器用的脉冲变压器将成为重点开发的产品；回扫变压器的发展方向是高压输出稳定化，开发更小、更薄的产品和提高可靠性；

双聚焦回扫变压器和多层回扫变压器将更为流行。电源变压器的市场前景仍将令人乐观，计算机和通信产业继续为电源变压器开创新市场。今后，表面安装产品将更流行，尤其是在电信领域，小型化、低功耗、高频、高效、高工作温度仍将是主要的研究开发课题。

今后，电感器线圈片式化进程会进一步加快。扼流圈的主要课题是降低产品尺寸和开发片式产品，并向高档化和用户专用化方向发展。LCD屏的背光电路、变换器和电信设备将继续是扼流圈急速增长的主要领域。提高生产自动化程度仍将是制造商的重大课题。偏转线圈制造商正在转向生产彩色偏转线圈。复合化将是线圈的主要发展趋势之一，片式LC和LRC复合产品将更加流行。

(本文转自容源电子网：http://www.dziuu.com/dz/26/20097482834.shtml)