1、一般的普通软磁铁氧体磁材都是正温度特性,就是随着温度的升高,铁氧体的电感量是在明显升高,特别是在200℃以后,这种正温度特性更加显著,实质上,这就是一般锰锌铁氧体材料最为要命的地方,这个时候它容易陷入了一种恶性循环的状态:随着温度的升高,电感量上升,随着电感量的上升,温度就更高,随着温度更高,电感量更高…,直至迅速的到达铁氧体材料的居里点,在这个点磁性材料是以一种断崖式的方式突然失去磁性,由于铁氧体材料的失磁,系统肯定就立马无法正常工作,这种情况有时会带来致命的结果,在一些特殊产品上是绝对禁止出现这种现象。 但是新型铁氧体磁材就不一样了,JS221(测试报告中的小#)磁材的特性是:随着温度的上升其电感量有微小幅度的上升。当温度从24℃变化到300℃时,电感量仅有1.3μH的上升,基本上可以视作是一条平坦的直线。 JS222(测试报告中的大二#)和JS223(测试报告中的大一#)磁材的特性是:随着温度上升,在24℃到大约60℃,电感量是在上升的,但是随着温度的进一步增加,电感量却是在缓慢的下降,换句话说,这种磁材在温度高端电感量具有良好的、难得的负温度特性。
2、目前在资料库中我们能够查找到的资料显示,我国软磁铁氧体磁材的居里温度最高的是南京一家磁材公司生产的产品,为280℃。但今天公开的测试报告显示,新型铁氧体磁材的居里温度均已经超过300℃,这里需要提请注意:300℃是测试标准规定的最高值。实际中我们多次实测显示,新型铁氧体磁材的居里温度都高于330℃,这就为它在广泛的应用领域发挥重要作用奠定了坚实良好的基础。
3、一般的普通软磁铁氧体磁材的起始磁导率都较低,这种性能的磁材对器件在启动初期迅速进入工作状态是不利的。但新型铁氧体磁材的起始磁导率比较高,有利于器件很快的进入工作状态。
49、传统铁氧体磁材在实际使用中的困境
答:需要应用到软磁功率铁氧体磁材的产品很多,目前有两个产品对它的应用非常典型,就是开关电源中的高频变压器和无极灯中的耦合器。
首先探讨在无极灯的应用。无极灯的功率传递要依靠耦合器,耦合器就是由软磁功率铁氧体磁材做成的,以前都是用的锰锌铁氧体磁材。耦合器的工作环境非常恶劣,比如高频无极灯,耦合器是工作在泡体内的凹腔中,这里泡体在发光时肯定会有大量的热产生,耦合器在工作过程中自身也是有大量的热在产生,这两种叠加的热量如果不被迅速的引导出来散发掉,耦合器就会因为有太高的温度而很快丧失工作能力。经过不懈努力我们寻找到一种型号为KP44的软磁铁氧体,它的电感温度特性曲线如图十二所示,其中惊喜的发现在70℃--150℃的范围内这种铁氧体呈现的是负温度特性,但是如果超过150℃这个点,就会带来严重的坏结果。
图十二:下图是具有部分负温度特性的铁氧体磁材的温度电感特性曲线:
所以我们把热平衡点不得不建立在150℃以下,为了达到这个目的,我们采取了很多技术手段,比如首先把软磁铁氧体设计成管状,然后在它的中间套上铜棒,利用铜除了银外具有第二好的导热性能来向外传导热量,再连接铜板或是铝板来散发掉铜棒导引出来耦合器上的热量,甚至有时候还要使用轴流风机来保持铜棒较低的热度。籍此整灯系统在稳定性方面确实比过去有了很大的改善,但是成本提高了不少,由于结构复杂给灯系统的可靠性带来了问题,而温度升高后耦合器仍可能失磁的隐患依然还在,这把悬挂在我们头顶上的长剑随时都可能会落下来。 50、新型铁氧体的应用
答:现在我们可以放心使用真正具有负温度特性的软磁铁氧体磁材了,这就有了把热平衡点建立在更高温度上的基础,我们可以选择300℃,甚至310℃,和以前只能选用150℃以下建立热平衡点差别实在太大:导热如今就可以不采用铜棒,只需用铝棒甚至铝管即可,也不用安装轴流风机,仅仅依靠灯系统自身的自然散热功能就足够了。随着无极灯开始工作泡体的凹腔内温度在不断上升,灯耦合器的电感量在温度较高时会自动的做下降调整。(电感器件有两种工作状态:一种是正常的工作状态,一种是不正常的饱和状态。饱和状态正是我们想极力避免的,磁材在超过居里温度点后实质上就是进入了饱和状态:电流急剧上升,发热急剧加大,这时就已经进入了危险区。)在磁材的正常工作状态,如果温度仍在做向上升高,耦合器的电感量会再向下做降低调整,耦合器电感量的不断下降终究会使无极灯的功率也向下做调整,耦合器温度上升的趋势缺乏了功率的支撑也就不得不停止甚至有向下降低的趋向。同时灯系统处于一种较高的温度状态,会加剧系统内热交换过程的进行,高温将产生较悬殊的温度差,这种差值会迫使冷空气更快的进来挤压热空气更快离开。灯系统在这种不断的动态互动的运动中最终平衡在一个较高的温度点上。这里看到呈现出的是一个理想的自适应系统,它具有良好的反馈性能,能够自动保持整灯工作于一个稳定状态,这种灯系统不正是我们苦苦在寻觅的、廉价且高效的无极灯吗?
在实际测试时,当我们把多盏不同厂家生产的无极灯的耦合器换上新型功率铁氧
体后,其表现正如预期一样,灯启动时亮度高了很多,测试值显示增加都在5%以上,并且感觉启动速度快些;同时试验证明以上分析的让灯系统工作在一个较高温度状态是完全可行的,高频无极灯可以实现在低成本的状态下稳定可靠地运行。 51、新型铁氧体磁材具有的优点?
答:以前无极灯耦合器磁芯都是用锰锌铁氧体材料做成的,它在100KHz以下的系统使用效果确实不错,所以低频无极灯比较适宜应用这种磁材制作的耦合器。但是要把它用在2.65MHz的高频无极灯系统就肯定要出问题了。首先它的居里温度点比较低,一般在200℃以内,而且电感量呈正温度特性,容易因为恶性循环造成耦合器失磁而无法正常工作。其次锰锌铁氧体的本征电阻率很低,磁芯在工作过程中发热严重,也就浪费了很多宝贵的电磁波功率,致使无极灯的光效指标太低。比较起来由于镍锌铁氧体的结构呈多孔,天生就具有气隙功能,所以它不容易进入磁饱和状态;它的居里温度点非常高,达330℃;特别是镍锌铁氧体材料的本征电阻率特别高,在工作时它的损耗尤其低,发热量也是很小,整灯工作时的效率就高。 52、整灯的光效有提高吗?
答:当然有。我们在实际测试时仅仅就是掉换了耦合器,用新研制成功的新型镍锌铁氧体材料来替换无极灯中的原耦合器,在积分球中做对比测试时,发现光效从原来的67Lm/W提高到了73 Lm/W,效果是十分显著的。目测时众人都有眼睛陡然一亮的惊喜,明显感觉发光效率高了许多。
技术讨论:893454012 15828455285 53、其它还有改变吗?
答:有。因为耦合器的发热降低了,所以原来在耦合器之中用来传导热量的纯铜棒被我们取消了,改用铝管来导热,这个是一个对无极灯具有重大意义的改动。1)成本得以大幅度的降低,无极灯受到成本的压力一直都很大,其中这个铜棒就占用了相当的份量;2)整灯的重量减轻了;3)光效还有提高的空间。 54、那么实际工作情况怎么样呢?
答:在2012年的六月初,我们就用各2盏内部装臵新旧两种不同耦合器的高频无极灯来进行实际工作时的对比测试。旧灯系统仍然用铜棒导热,新灯采用铝管导热,以连续600小时在成都的高温潮湿的室外环境条件下进行。测试结果让我们非常高兴,采用新型材料做成的耦合器其高频无极灯一直正常工作,经受住了恶劣环境及连续工作的考验。旧灯系统在其中一天最热的时候熄灭一次,后来还是自己重新点燃并再次工作。这种实验情况真实的反映了高频无极灯使用不同磁性材料所得到的必然结果,提醒我们必须尽快的在高频无极灯系统中采用新型的镍锌铁氧体磁材。
(未完待续)