隨著能夠高頻驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體“GaN”的普及，開關(guān)電源的高頻化也逐漸變成了現(xiàn)實(shí)。變壓器產(chǎn)品中使用鐵氧體材料，但根據(jù)驅(qū)動(dòng)頻率的不同，磁芯損耗（鐵耗）會(huì)有很大的變化，這是變壓器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本文將介紹為GaN開發(fā)的PC200材料的特點(diǎn)及使用時(shí)的要點(diǎn)。

目錄

支持高頻的材料的特點(diǎn)及產(chǎn)品系列

相對(duì)以往的鐵氧體材料的優(yōu)越性

性能參數(shù) (f×B)

磁芯溫度的參考實(shí)驗(yàn)

使用PC200材料時(shí)的注意事項(xiàng)

支持高頻的材料的特點(diǎn)及產(chǎn)品系列

TDK支持高頻的Mn-Zn系鐵氧體支持PC95材料的量產(chǎn)。
PC200材料是一種鐵氧體材料，在700 kHz～4 MHz的頻率之間損耗小，在1.8 MHz～2 MHz左右之間電能轉(zhuǎn)換能力最大。
例如，為了抑制蓄電池電壓的電壓變動(dòng)，汽車的ECU必須搭載DC-DC轉(zhuǎn)換器，但是為了EMI對(duì)策，開關(guān)頻率上升到了避免AM帶的頻率(1.8～2.2MHz)。
可以說，PC200材料是最適合這種高頻驅(qū)動(dòng)的變壓器的材料。ｐ>

圖1：高頻開關(guān)元件 GaN用鐵氧體材料

■期待通過使用PC200對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生的效果
?通過高頻化應(yīng)對(duì)變壓器的小型化
?高頻驅(qū)動(dòng)條件下的溫度上升抑制效果

■主要用途
?民生設(shè)備：高效率、小型適配器、開關(guān)電源等
?工業(yè)設(shè)備：DC?DC轉(zhuǎn)換器、高輸出小型開關(guān)電源、逆變器等
?車載產(chǎn)品（EV、HEV)：車載充電器 、 DC-DC轉(zhuǎn)換器等

*1 頻率范圍是大致范圍。需要在實(shí)機(jī)上進(jìn)行動(dòng)作驗(yàn)證。
*2 關(guān)于PC200能支持的尺寸和數(shù)量，敬請(qǐng)咨詢。

高頻動(dòng)作時(shí)相對(duì)以往鐵氧體材料的優(yōu)越性

材料特性比較

未指定公差時(shí)，是代表值

圖2：磁芯損耗（Pcv）的溫度依賴性

圖3：磁導(dǎo)率

性能參數(shù) (f×B)

可根據(jù)性能參數(shù)(f×B)的圖表計(jì)算出驅(qū)動(dòng)頻率能使用的磁通密度ΔB。

圖4：性能參數(shù)

動(dòng)作磁通密度與磁芯損耗（磁芯的發(fā)熱）相關(guān)。
動(dòng)作磁通密度通過以下公式計(jì)算，受到飽和磁通密度或磁芯損耗限制的值為設(shè)計(jì)值。
磁通密度：B動(dòng)作電壓：E圈數(shù)：N磁芯的截面積：A開關(guān)開的時(shí)間：τ

回掃、順向式轉(zhuǎn)換器中，在300KHｚ以下動(dòng)作時(shí)受飽和磁通密度限制，在第一第三象限使用LLC共振、全橋式等B的電路時(shí)受磁芯損耗的限制。

尤其在200KHz以上時(shí)，請(qǐng)參考右圖的f×B曲線設(shè)定動(dòng)作磁通密度。

磁芯溫度的參考實(shí)驗(yàn)

PC200材料的鐵氧體磁芯在高頻動(dòng)作時(shí)可以抑制發(fā)熱。
因材質(zhì)不同，最佳動(dòng)作頻率有所變化。

使用熱像儀進(jìn)行的各使用條件的磁芯溫度比較

Frequency (MHz)	0.3	1	2
B (mT)	80 (PC200 : 66)	50	30
f×B (MHz?mT)	24 (PC200:20)	50	60
PC95			-
PC50
PC200

圖5：確認(rèn)溫度時(shí)使用的電路

使用PC200材料時(shí)的注意事項(xiàng)

如圖6所示，在大磁通下使PC200材料動(dòng)作時(shí)，μi增加20%，磁芯損耗增加130%。
使用PC200材料設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，推薦在Hdc=50(A/m)以下的條件下使用。
圖7是超過Hdc=50(A/m)的事例
①在第一、第三象限使之動(dòng)作時(shí)，在一側(cè)超過。
②使直流重疊后超過。

圖6：以大磁通量使PC200材料動(dòng)作時(shí)的變化

圖7：驅(qū)動(dòng)狀態(tài)（磁滯回線）

審核編輯：彭菁