Některé nové trendy v oblasti elektronických transformátorů v napájecích zdrojích

Úvod V posledních letech ceny základních materiálů a vodivých materiálů používaných v elektronických transformátorech v napájecích zdrojích nadále rostly a suroviny na předcházejícím trhu vytvořily trh prodejce&# 39. Jako energetický uživatel navazujících elektronických transformátorů si může vybrat a nakupovat v globálním měřítku a vytvořit trh kupujícího&# 39. Ve střední pozici v odvětví elektronických transformátorů se můžeme pouze na cestě technologických inovací zbavit tohoto dilema hněvu na obou koncích. Ve vyspělém odvětví elektronických transformátorů je však technologická inovace obtížnější. Ale každé malé vylepšení odkazu může přinést nové nápady a nové produkty. Tento článek proto zavádí některé nové trendy v oblasti elektronických transformátorů v napájecích zdrojích v posledních letech ze čtyř hledisek: nové materiály, nové struktury, nové principy a nové produkty pro čtenáře' odkaz. Prosím, opravte mě, pokud existuje nějaká nevhodnost. Na cestě technologických inovací musíme vždy pamatovat na účel, kterého má být dosaženo. Elektronický transformátor v napájecím zdroji, stejně jako všechny výrobky jako komodita, provádí jakoukoli technologickou inovaci a musí vykonávat specifické funkce za konkrétních podmínek použití, přičemž sleduje nejlepší poměr výkonu k ceně. Současné energetické produkty se obecně vyznačují tím, že jsou&"; lehké, tenké, krátké a malé &"; směrem k miniaturizaci a přenositelnosti. Elektronické transformátory se musí přizpůsobit požadavkům na objem a hmotnost energetických produktů jako uživatelů. Současně vzrostly ceny surovin (jádrové materiály a vodivé materiály) pro elektronické transformátory. Proto se způsob, jak snížit objem a hmotnost a jak snížit náklady, stal v posledních letech hlavním směrem vývoje elektronických transformátorů. 1. Nové materiály 1.1 Křemíková ocel Křemíková ocel je základní materiál široce používaný v elektronických transformátorech v průmyslových frekvenčních napájecích zdrojích. Aby se snížilo množství jádra v elektronických transformátorech, musí se zvýšit hustota pracovního magnetického toku (pracovní magnetická hustota) křemíkové oceli. Pracovní magnetická hustota křemíkové oceli je určena jak hustotou magnetického toku nasycení, tak ztrátou. Protože účinnost je důležitým výkonovým indexem elektronických transformátorů, mnoho energetických produktů nyní vyžaduje ztrátu v pohotovostním režimu, aby šetřilo energii. Ztráta jádra elektronického transformátoru je hlavní složkou ztráty v pohotovostním režimu, proto jsou kladeny jasné a přísné požadavky na účinnost nebo ztrátu elektronického transformátoru. V posledních letech vzrostla cena orientované a neorientované křemíkové oceli válcované za studena. Ve srovnání s jádry typu R, CD a EI mohou svinutá toroidní jádra ušetřit více než 20 % nákladů na materiál jádra kvůli menší spotřebě materiálů. Rozsah použití v transformátoru. Navinuté toroidní jádro může plně hrát výkonnost orientované za studena válcované křemíkové oceli. Ve srovnání s neorientovanou ocelí válcovanou za studena je pracovní magnetická hustota mnohem vyšší. Zároveň lze na rozdíl od železných jader typu R, CD a EI plně využít materiály z křemíkové oceli, nedojde k žádnému odpadu z rohů a míra využití materiálu může dosáhnout více než 98 %. V posledních letech došlo k výraznému zlepšení u křemíkové oceli válcované za studena. Tuzemsky vyráběná 0,23 mm orientovaná za studena válcovaná křemíková ocel 23Q110 má pracovní hustotu magnetického toku 1,7 T a 50 Hz a úbytek hmotnosti jednotky je 1,10 Wkg. Silikonová ocel P1.750 válcovaná za studena o tloušťce 0,23 mm vyráběná v Japonsku je 0,88 Wkg. Poté, co je povrchová úprava pásu křemíkové oceli potažena tahovým povlakem, P1,750 klesne na 0,7 Wkg. Změnou procesu žíhání za účelem zdokonalení magnetických domén klesne P1,750 na 0,55 ～ 0,45 Wkg, což je mnohem méně než 0,35 mm silná neorientovaná křemíková ocel válcovaná za studena při pracovní magnetické hustotě 1,5 T a 50 Hz (P1. 550) 2 Wkg. Za podmínky zajištění stejné ztráty může pracovní magnetická hustota silikonové oceli válcované za studena tloušťky 0,23 mm dosáhnout 1,85T. Pokud je vybráno pro zpracování toroidního jádra, je 1,23krát vyšší než pracovní magnetická hustota neorientované křemíkové oceli válcované za studena 1,5 T. Průřez a objem jádra lze snížit o více než 23 %. V dnešní době se výkonové transformátory se železným jádrem typu EI široce používají v napájecích adaptérech nabíječek mobilních telefonů a domácích spotřebičů a někdy dochází k přehřátí. Jádro EI je tvořeno děrovanými plechy ve tvaru EI. Jedna pětina délky děrovaného listu ve tvaru E je kolmá k podélnému směru (směr orientace). Aby odolalo příčnému magnetickému poli, obecně se používá neorientovaná křemíková ocel válcovaná za studena. V posledních letech vyvinula japonská společnost Kawasaki Company silikonovou ocel válcovanou za studena za studena řady RGE, kterou lze použít pro jádra EI. Tloušťka je 0,35 mm, podélná saturační magnetická hustota je 1,80 × 1,90 T, boční magnetická hustota je 1,825T a ztráta P1,750 je 1,10 × 1,25Wkg. Izolační fólie je zároveň relativně tenká a lisovací výkon je dobrý. Jeho použitím k výrobě železného jádra může být pracovní magnetická hustota více než 1,7 T, což je 15 % vyšší než u neorientované křemíkové oceli válcované za studena. Sekce jádra a objem lze snížit o více než 15 % a ztráta se výrazně sníží. „Už nebude docházet k přehřátí. Japonská společnost Kawasaki také vyvinula neorientovanou ocel válcovanou za studena s vysokou sytostí magnetické hustoty. Tloušťka je 0,5 mm, obsah křemíku je menší než 1 %, 0,6 % a obsah hliníku je 0,3 %. Po přidání 0,52 % nikl, saturační magnetická hustota je 1,96 T. „Ztráta P1,550 je 3 Wkg. Při použití jako materiál jádra EI může být pracovní magnetická hustota také 1,7 T, ale ztráta je relativně velká. Stojí za zmínku, že: jako velká třída elektronických transformátorů může použití materiálů jádra s vysokou pracovní magnetickou hustotou snížit počet závitů cívky a snížit množství mědi namísto snížení části jádra a objemu. Za situace, že cena měděného materiálu je mnohem vyšší než u jádrového materiálu, může jít o lepší plán zlepšení designu. 1.2 Měkké ferity Měkké ferity jsou jádrové materiály, které se široce používají v elektronických transformátorech ve středních a vysokofrekvenčních napájecích zdrojích. Ve srovnání s kovovými měkkými magnetickými materiály mají měkké ferity nízkou magnetickou hustotu, nízkou propustnost a Curieovu teplotu. Nízká je její hlavní slabinou. Zvláště když je Curieova teplota nízká, změní se s teplotou magnetická hustota Bs a ztráta energie na jednotku objemu Pcv. Teplota stoupá, Bs klesá, Pcv začíná klesat a poté stoupá po dosažení bodu údolí. Proto za podmínek vysoké teploty, pokud si B udržuje vysokou úroveň, lze pracovní magnetickou hustotu Bm zvolit vyšší, čímž se sníží počet závitů cívky, sníží se množství použité mědi a náklady. Měkký feritový materiál s vysokou teplotou a vysokou saturací magnetické hustoty může také rozšířit horní teplotní limit elektronických transformátorů na 120 nebo dokonce 150 výhod. Například vysokofrekvenční elektronické transformátory v automobilovém elektronickém zařízení musí používat vysokoteplotní měkký ferit s vysokou saturací magnetické hustoty, aby fungovaly za vysokých teplot s velkými změnami vnějších teplotních podmínek a tepla ve strojovně. Jako měkký ferit MnZn pro střední a vysokofrekvenční elektronické transformátory, zastoupený japonskou společností' s TDK, prošel zhruba vývojovým procesem PC30 → PC40 → PC44 → PC50 → PC47 → PC95 → PC90. Za testovacích podmínek 100 ℃, 100kHz a 200mT se ztráta energie na jednotku objemu stále snižuje. Podle údajů zveřejněných společností v dubnu 2006 je PC30 600 mW / cm3; PC40 je 420 mW / cm3; PC44 je 340 mW / cm3; PC47 je 270 mW / cm3. Avšak hustota toku saturačního toku B pod 100 výhod, PC30, PC40 a PC44 jsou v zásadě 390 mT, PC47 je 410 mT, což je daleko od teoretické hodnoty 600 mT, a nelze jej považovat za tok s vysokou teplotou a vysokým nasycením hustota materiálu. V posledních letech, aby bylo možné konkurovat kovovým měkkým magnetickým materiálům při použití elektronických transformátorů, došlo k vlně vývoje feritových materiálů s vysokou teplotou a vysokou saturací magnetické hustoty MnZn. Japonská společnost' FDK vyvinula v březnu 2003 sérii materiálů 4H s vysokou teplotou a vysokou saturací magnetické hustoty. Mezi nimi Bs 4H45 a 4H47 jsou 520 mT a 530mT při 25 °, 450mT a 470mT při 100 But, ale při 100 ℃ je ztráta výkonu Pcv relativně vysoká, respektive 450 mW / cm3 a 650 mW / cm3. Podle zpráv FDK vyvinula materiál 4H50 v laboratorních podmínkách. Bs při 100 ° C je 490 mT, ale Pcv je poměrně velký při 800 mW / cm3. Japonská společnost TDK vyvinula materiál PC90 v září 2004. Při 25 ° C je Bs 540 mT a Pcv 680 mW / cm3; při 100 ° B je Bs 450 mT a Pcv je 320 mW / cm3, což je více než úroveň materiálu 4H45. Společnost TOKIN vyvinula materiál BH3. Při 25 ° C je jeho Bs 540 mT a Pcv je 600 mW / cm3; při 100 ° C je Bs 440 mT a Pcv je 370 mW / cm3. NICERA vyvinula materiál BM30 s Bs 540 mT a Pcv 720 mW / cm3 při 25 ° C; při 100 ° C, Bs 450 mT a Pcv 320 mW / cm3. Feritový materiál s vysokým obsahem železa a nízkým obsahem zinku vyvinutý společností Hitachi Metals, Bs, je 563 mT při 25 ° C; 560 mT při 100 ° C, v zásadě nezměněno, 150 ° C je 490 mT, ale při 100 ° C, 100 kHz. Při zkušebních podmínkách 200 mT je Pcv 1700 mW / cm3, což je příliš vysoké a vyžaduje zlepšení. Mnoho napájecích zařízení vyžaduje nejen to, aby byl elektronický transformátor v provozním stavu, to znamená, že ztráta by měla být malá při vysoké teplotě, ale také v pohotovostním stavu, to znamená, že ztráta by měla být malá při normální teplotě. Tyto elektronické transformátory mohou používat měkký ferit se širokou teplotou a nízkou spotřebou energie. PC95 vyvinutý Japonskem' s TDK je feritický materiál na vysoké úrovni a široká teplota, který se objevil v posledních letech. Spotřeba energie Pcv je 350 mW / cm3 při 25 ° C, 280 mW / cm3 při 80 ° C, 290 mW / cm3 při 100 ° C, 350 mW / cm3 při 120 ° C a magnetická hustota nasycení 410 mT při 100 ° C. V posledních letech byla vyvinuta řada vysoce propustných měkkých feritových materiálů μ. Používají se jako pulzní transformátory v elektronických silových zařízeních. Propustnost μ musí být relativně vysoká. Existuje H5C3 od TDK, který má μ 15 000 ± 30. %, H5C5, μ je 30 000 ± 30 %. Pro EPCOS' s T56 je μ 20000 ± 30 %. Pro filtrování elektromagnetického rušení jsou vyžadovány dobré frekvenční charakteristiky propustnosti. TDK HS52, μ je 5 500 ± 25 %; HS72, μ je 7 500 ± 25 %; HS10, μ je 10 000 ± 25 %. MP15T od společnosti HITACHI má μ 15000 ± 25 % a může pracovat pod 500kHz. Pro DC filtrování jsou vyžadovány dobré DC superpoziční charakteristiky. TDK' s DN45, μ je 4500 ± 25 %, provozní teplota je 0 ～ 70 ℃ a vylepšená DNW45, μ je 4 200 ± 25 %, provozní teplota je -40 ℃ ～ +85 ℃, Kawasaki's SK-202G, provozní teplota -40 ℃ ～ +85 ℃, μ je 4300 ± 25 % a vysoká magnetická hustota a materiály s vysokou propustností, jako je TD50 DN50, μ je 5 200 ± 20 % , Bs je 550 mT při 25 ℃, 380 mT při 100 Cur, Curieova teplota Tc ≥210 ℃. 1.3 Amorfní a nanokrystalické slitiny Od začátku roku 2005 v důsledku nerovnováhy domácí nabídky a poptávky orientovaných pásů křemíkové oceli válcovaných za studena cena orientovaných pásů křemíkové oceli válcovaných za studena rychle vzrostla a nyní překročila cenu pásy z amorfní slitiny na bázi železa. Za současných podmínek tržní ceny nahrazení orientované křemíkové oceli válcované za studena amorfními slitinami na bázi železa v oblasti výkonových kmitočtových transformátorů již není jen možnou věcí, stalo se realitou. V odvětví energetických transformátorů přesunuli výrobci distribučních transformátorů jádrové materiály z orientované křemíkové oceli válcované za studena na amorfní slitiny na bázi železa. Zároveň je od 1. července 2006 povinná národní norma&„Omezené hodnoty hodnot energetické účinnosti a hodnocení úspory energie pro distribuční transformátory &“; byla formálně implementována, což dále podporovalo použití amorfních slitin na bázi železa místo orientované křemíkové oceli válcované za studena v distribučních transformátorech. vzestup. Stejně jako distribuční transformátory se nahrazení orientované křemíkové oceli válcované za studena amorfními slitinami na bázi železa ve výkonových frekvenčních transformátorech stane hlavním novým vývojem elektronických transformátorů v napájecích zdrojích. proč? Důvod je patrný ze srovnání technických a ekonomických ukazatelů orientované křemíkové oceli válcované za studena a amorfní slitiny na bázi železa v tabulce 1. Středně orientovaná křemíková ocel válcovaná za studena v tabulce 1 má vysokou magnetickou indukci 23R100 a magnetickou Příkladem je doménová úprava 23R085 vyráběná v Japonsku a amorfní slitina na bázi železa bere jako příklad tuzemský produkt 1K101 a Metglas 2605SA1 vyráběný společností Hitachi, jak je vidět v tabulce 1. Níže jsou uvedeny následující vlastnosti. [align = center] Tabulka 1 Srovnání technických a ekonomických ukazatelů mezi orientovanou křemíkovou ocelí válcovanou za studena a amorfními slitinami na bázi železa [/ align] (1) Nasycení magnetické hustoty Bs amorfních slitin na bázi železa je nižší než u křemíku ocel, ale při stejné pracovní magnetické hustotě Bm (například 1,4 T) je nižší ztráta nižší než u křemíkové oceli. Pracovní magnetická hustota Bm amorfní slitiny na bázi železa je 1,40 × 1,45T pro jednofázový transformátor a 1,35 × 1,40T pro třífázový transformátor. Pracovní magnetická hustota Bm křemíkové oceli je 1,70T pro jednofázový transformátor a 1,65 ～ 1,70T pro třífázový transformátor. Hmotnost amorfní slitiny na bázi železa pro výkonový kmitočtový transformátor stejné kapacity je přibližně 120 % křemíkové oceli. (2) Faktor plnění amorfních slitin na bázi železa je 0,85 pro tuzemskou výrobu 1K101 a 0. {{356}}. 90 pro Metglas 2605SA1 vyráběnou společností Hitachi a některé dosáhly 0,93. Pokud je 0. {{363}} ve srovnání s 0,945 křemíkové oceli, objem jádra ze slitiny amorfní slitiny na bázi železa se stejnou hmotností je přibližně 110 % z toho křemíkové oceli. (3) Jednotková ztráta hmotnosti amorfní slitiny na bázi železa za podmínek 1,4T a 50Hz je P1,450, což je pouze 26,4 % až 43 % křemíkové oceli, což může výrazně snížit zahřívání jádra. Za stejných podmínek ztráty a stejného rozptylu tepla mohou výkonové frekvenční transformátory na bázi železa z amorfní slitiny snížit ztráty mědi a snížit měděné materiály než výkonové frekvenční transformátory z křemíkové oceli. Pod podmínkou, že cena měděných materiálů je vyšší než cena železných materiálů, je přijetí tohoto režimu jedním z účinných opatření ke snížení nákladů. Stojí za zmínku, že ztráta na jednotku hmotnosti P1,450 je testována pod sinusovým napětím se zkreslením menším než 2 %. Skutečná síťová frekvence je zkreslena na 5 %. Jednotková ztráta hmotnosti při tomto zkreslení je P1,450, křemíková ocel je 123 % P1.450 a amorfní slitina na bázi železa je 106 % P1,450. V tuto chvíli je P1,450 amorfní slitiny na bázi železa pouze křemíková ocel. 22.7 % ～ 37 % z celkového počtu. (4) Současná cena křemíkové oceli byla převzata z tržní ceny oceli na určitém místě v Kuang-tungu v polovině srpna 2006 a aktuální cena dovážených amorfních slitin na bázi železa byla převzata z japonského Hitachi v červenci 2006, cituje 2,85 USD za kilogram. Směnný kurz RMB je 22,8 juan kg, plus tarify a daň z přidané hodnoty je 28 juan kg. Současná cena domácích amorfních slitin na bázi železa je odhad, který se poněkud liší od kótované ceny výrobní jednotky. (5) Teplota žíhání amorfních slitin na bázi železa je nižší než teplota křemíkové oceli, s kratším časem a nižší spotřebou energie. Dodatečné náklady na zpracování při výrobě železných jader by měly být nižší než u silikonové oceli. Pásy z amorfní slitiny na bázi železa lze zpracovat na navíjecí toroidní jádra, překrývající se obdélníková jádra a otevřená jádra ve tvaru C. V 90. letech použilo Japonsko ke zpracování EI jader několik vrstev lepených pásů z amorfní slitiny na bázi železa, ale dodatečné náklady na zpracování byly vysoké a ztráty jádra se zvýšily. Později nebyla žádná relevantní zpráva. Nyní může tloušťka zkoumané objemové amorfní slitiny dosáhnout úrovně milimetrů a centimetrů. Pokud je uveden do výroby, může být zpracován na jádro EI, jako je křemíková ocel. Kombinace výše uvedených faktorů, v kruhu a C.