引言 近年來，電源中電子變壓器所用的鐵心材料和導電材料價格連續上漲，上游原材料形成賣方市場。作為下游的電子變壓器的電源用戶，可以在全球范圍內選擇和采購，形成買方市場。處于中間位置的電子變壓器行業，只有走技術創新之路，才能擺脫這種兩頭受氣的困境。然而，在成熟的電子變壓器行業里，技術創新比較困難。但是每一個細小環節的改進，就可以帶來新的理念和新的產品。因此，本文從新材料、新結構、新原理、新產品四個方面介紹近年來電源中電子變壓器的一些新進展，供讀者參考，如果有什么不當之處敬請指正。 走技術創新之路，要時刻記住要達到的目的。電源中的電子變壓器，象所有作為商品的產品一樣進行任何技術創新，都必須在具體使用條件下完成具體功能中，追求性能價格比最好。現在的電源產品，普遍以“輕、薄、短、小”為特點向小型化和便攜化發展。電子變壓器必須適應作為用戶的電源產品對體積和重量的要求。同時，電子變壓器的原材料（鐵心材料和導電材料）價格上漲。因此，如何減小體積和重量，如何降低成本，成為近年來電子變壓器發展的主要方向。 1、新材料 1.1 硅鋼 硅鋼是工頻電源中電子變壓器大量使用的鐵心材料。要減少電子變壓器中的鐵心用量，必須提高硅鋼的工作磁通密度（工作磁密）。硅鋼的工作磁密既決定于飽和磁通密度，又決定于損耗。因為效率是電子變壓器的重要性能指標，現在，為了節能，許多電源產品都提出待機損耗要求。電子變壓器的鐵心損耗是待機損耗的主要組成部分，因此，都對電子變壓器的效率或損耗提出明確的嚴格要求。 近年來，取向和無取向冷軋硅鋼價格上漲，卷繞式環形鐵心，相比于R型、CD型和EI 型鐵心，由于消耗材料少，可以節約20%以上的鐵心材料成本，擴大了電子變壓器中的使用范圍。卷繞式環形鐵心可以充分發揮取向冷軋硅鋼的性能，與無取向冷軋鋼相比，工作磁密要高得多。同時不象R型、CD型和EI 型的鐵心那樣，可以充分利用硅鋼材料，不會有邊角廢料，材料利用率可以達到98%以上。 近年來，冷軋取向硅鋼有相當大的改進。國產23Q110 的0.23mm取向冷軋硅鋼，在工作磁通密度1.7 T和50 Hz 下，單位重量損耗為1.10 Wkg。日本產的0.23 mm 厚度的取向冷軋硅鋼P1.750 為0.88Wkg。硅鋼帶材表面處理后涂張力涂層，P1.750下降到0.7Wkg。改變退火工藝，細化磁疇，P1.750再下降到0.55～0.45Wkg，遠遠低于0.35mm厚無取向冷軋硅鋼在工作磁密1.5T和50Hz 下（P1.550）的2Wkg。在保證同樣損耗條件下，0.23mm 厚度取向冷軋硅鋼工作磁密度可以達到1.85T，如果選取它加工環形鐵心，比用無取向冷軋硅鋼的工作磁密1.5 T 高1.23 倍，鐵心截面和體積可減少23%以上。 現在手機充電器和家用電器的電源適配器中，大量使用EI 型鐵心工頻電源變壓器，有時會出現過熱現象。EI 型鐵心由EI 形沖片疊成，E 形沖片中有五分之一長度與縱向（取向方向）正交，要承受橫向磁場，一般都用無取向冷軋硅鋼。近年來日本川崎公司開發出可用于EI 型鐵心的RGE系列取向冷軋硅鋼，厚度為0.35 mm，縱向飽和磁密為1.80～1.90 T，橫向飽和磁密為1.825T，損耗P1.750為1.10～1.25Wkg。同時，絕緣膜比較薄，沖壓加工性能良好，用它制作鐵心，工作磁密可取1.7T以上，比用無取向冷軋硅鋼高15%，鐵心截面和體積可以減少15%以上，損耗也大大下降，不會再出現過熱現象。日本川崎公司還開發出飽和磁密高的無取向冷軋鋼，厚度為0.5mm，硅含量小于1%，為0.6%，鋁含量為0.3%，加0.52%鎳后，飽和磁密為1.96T，損耗P1.550為3Wkg。采用它作為EI型鐵心材料，工作磁密也可取1.7T，但損耗較大。 值得注意的是：作為電子變壓器一大類的工頻變壓器，采用工作磁密高的鐵心材料后，可以不減少鐵心截面和體積，而是減少線圈匝數，減少用銅量。在現在銅材價格遠遠高于鐵心材料的情況下，可能是更好的一種設計改進方案。 1.2 軟磁鐵氧體 軟磁鐵氧體是中、高頻電源中電子變壓器大量使用的鐵心材料，和金屬軟磁材料相比，軟磁鐵氧體的飽和磁密低，磁導率低，居里溫度低，是它的幾大弱點。尤其是居里溫度低，飽和磁密Bs和單位體積功率損耗Pcv 都會隨溫度變化。溫度上升，Bs下降，Pcv 開始下降，到谷點后再升高。因此在高溫條件下，只要Bs保持較高水平，就可以把工作磁密Bm選得高一些，從而減少線圈匝數，降低用銅量和成本。高溫高飽和磁密軟磁鐵氧體材料，還可以擴大電子變壓器使用的溫度上限到120益甚至150益。例如，汽車用電子設備中的高頻電子變壓器，在外界溫度條件變化大和發動機室發熱的高溫條件下工作，就必須采用高溫高飽和磁密軟磁鐵氧體。 作為中、高頻電子變壓器用的MnZn 軟磁鐵氧體，以日本TDK 公司為代表，大致經歷了PC30→PC40→PC44→PC50→PC47→PC95→PC90的發展過程。在100℃、100kHz、200mT 測試條件下，單位體積功率損耗不斷下降。根據該公司2006年4 月份公布的數據，PC30 為600mW/cm3；PC40 為420 mW/cm3；PC44 為340 mW/cm3；PC47為270 mW/cm3。但是100益下的飽和磁密Bs，PC30、PC40、PC44 基本上都為390 mT，PC47 為410 mT，與理論值600 mT 相差甚遠，不能認為是高溫高飽和磁密材料。 近年來，為了在電子變壓器應用領域和金屬軟磁材料競爭，興起一輪開發高溫高飽和磁密MnZn 鐵氧體材料的熱潮。日本FDK公司于2003年3 月份開發出4H 系列高溫高飽和磁密材料。其中4H45 和4H47 在25℃下，Bs 分別為520 mT和530mT，100℃下分別為450mT和470mT，但在100℃下，功率損耗Pcv比較高，分別為450mW/cm3和650mW /cm3。據稱，FDK 公司在實驗室條件下開發出4H50 材料，100℃下Bs 為490 mT，但是Pcv相當大，為800mW/cm3。日本TDK公司于2004 年9月開發出PC90 材料，在25℃下，Bs為540mT，Pcv為680 mW/cm3；在100℃下，Bs 為450 mT，Pcv 為320mW/cm3，高于4H45 材料水平。TOKIN公司開發出BH3 材料，在25℃下，其Bs 為540 mT，Pcv 為600 mW/cm3；而在100℃下，Bs 為440 mT，Pcv 為370 mW/cm3。NICERA公司開發出BM30 材料，25℃下Bs 為540 mT，Pcv 為720 mW/cm3；在100℃下，Bs為450mT，Pcv為320mW/cm3。日立金屬公司開發出來的高鐵低鋅鐵氧體材料，Bs在25℃下，為563 mT；在100℃下為560 mT，基本不變，150℃為490 mT，但是在100℃、100 kHz、200 mT 測試條件下，Pcv為1700mW/cm3，偏高，需要改進。 許多電源設備不但要求電子變壓器在工作狀態下，也就是在高溫時損耗要小，同時還要求待機情況下，也就是在常溫時損耗也要小。這些電子變壓器可以采用寬溫低功耗軟磁鐵氧體。日本TDK公司開發的PC95 就是近年來出現的高水平寬溫鐵氧體材料。25℃時，功耗Pcv為350mW/cm3，80℃時為280mW/cm3，100℃為290mW/cm3，120℃時為350mW/cm3，在100℃時飽和磁密為410mT。 近年來，還開發出一系列高磁導率μ軟磁鐵氧體材料，作為電子電源設備中脈沖變壓器用的，要求磁導率μ相對較高，有TDK 公司的H5C3，μ為15 000±30%，H5C5，μ為30 000±30%。EPCOS公司的T56，μ為20000±30%。作為電磁干擾濾波用的，要求磁導率頻率特性好，有TDK 公司HS52，μ為5 500±25%；HS72，μ為7 500±25%；HS10，μ為10000±25%。HITACHI公司的MP15T，μ為15000±25%，都可以在500kHz 以下工作。作為直流濾波用的，要求直流疊加特性好，有TDK公司的DN45，μ為4500±25%，使用溫度0～70℃，和改進后的DNW45，μ為4 200±25%，使用溫度-40℃～+85℃，川崎公司的SK-202G，使用溫度-40℃～+85℃，μ為4300±25%，以及高飽和磁密高磁導率材料，如TDK 公司的DN50，μ為5 200±20%，Bs在25℃時為550 mT，100℃時為380 mT，居里溫度Tc≥210℃。 1.3 非晶和納米晶合金 自2005 年初起，由于取向冷軋硅鋼帶材國內供需不平衡，取向冷軋硅鋼帶材料價格迅速上漲，現在已超過鐵基非晶合金帶材的價格。在現在這個市場價格條件下，鐵基非晶合金在工頻電源變壓器領域中代替取向冷軋硅鋼，不再只是可能的事情，已經變成了現實。在電力變壓器行業，配電變壓器生產廠紛紛把鐵心材料從取向冷軋硅鋼轉向鐵基非晶合金。同時，從2006 年7 月1 日起，強制性國家標準“配電變壓器的能效限定值及節能評估值”正式實施，更加推動了配電變壓器中用鐵基非晶合金代替取向冷軋硅鋼的熱潮。和配電變壓器一樣，工頻電源變壓器中鐵基非晶合金代替取向冷軋硅鋼，將會成為電源中電子變壓器的一個主要的新進展。為什么呢？從表1 中取向冷軋硅鋼與鐵基非晶合金技術經濟指標對比就可以看出其中的原因。 表1 中取向冷軋硅鋼以日本生產的高磁感23R100和磁疇處理23R085 為例，鐵基非晶合金以國內生產的1K101 和日本日立公司生產的Metglas 2605SA1 為例，從表1 中可以看出以下特點。 [align=center] 表1 取向冷軋硅鋼與鉄基非晶合金技術經濟指標對比[/align] （1）鐵基非晶合金的飽和磁密Bs 比硅鋼低，但是在同樣的工作磁密Bm（例如1.4T）下損耗比硅鋼低。鐵基非晶合金的工作磁密Bm，單相變壓器取1.40～1.45T，三相變壓器取1.35～1.40T。硅鋼工作磁密Bm，單相變壓器取1.70T，三相變壓器取1.65～1.70T，同樣容量的工頻變壓器用鐵基非晶合金的重量是用硅鋼的120%左右。 （2）鐵基非晶合金的填充系數對國內生產的1K101 為0.85，對日本日立公司生產的Metglas 2605SA1 為0.86-0.90 ，個別的已達到0.93。如果用0.86 與硅鋼的0.945 相比，同樣重量的鐵基非晶合金鐵心體積為硅鋼的110%左右。 （3）鐵基非晶合金在1.4T和50Hz條件下的單位重量損耗為P1.450，只有硅鋼的26.4%～43%，可以顯著減少鐵心發熱。在同樣損耗和同樣散熱條件下，鐵基非晶合金工頻變壓器可以比硅鋼工頻變壓器降低銅損，減少銅材，在現在銅材價格高于鐵材價格條件下，采取這種方案是一種降低成本的有效措施。值得注意的是，單位重量損耗P1.450是在畸變小于2%正弦波電壓下測試的。而實際的工頻電網畸變為5%。在這種畸變下的單位重量損耗P1.450憶，硅鋼為123%P1.450，鐵基非晶合金為106%P1.450，這時，鐵基非晶品合金的P1.450憶只有硅鋼的22.7%～37%。 （4）硅鋼的現行價格取自2006 年8 月中旬廣東某地鋼材市場牌價，國外進口鐵基非晶合金的現行價格取自日本日立公司2006 年7 月報價2.85美元kg，按1 美元兌換8元人民幣的匯率為22.8 元kg，再加關稅和增值稅為28 元kg，國產鐵基非晶合金現行價格為估價,與生產單位報價有一些差別。 （5）鐵基非晶合金退火溫度比硅鋼低，時間少，消耗能量少，制造鐵心的附加加工費用應當比硅鋼低。 鐵基非晶合金帶材可以加工成卷繞環形鐵心，搭接式矩型鐵心和開口式C 型鐵心。上世紀90 年代，日本曾用幾層粘接的鐵基非晶合金帶材加工過EI 型鐵心，但是附加加工費用大，鐵心損耗也增加，后來沒有再見過有關的報道。現在，正在研究的大塊非晶合金厚度可達毫米級和厘米級，如果投入生產后，有可能同硅鋼一樣，加工成EI 型鐵心。綜合以上的各種因素，在環形和C 型鐵心的小容量工頻電子變壓器中，鐵基非晶合金代替硅鋼最有可能取得明顯效果。 在400Hz～20kHz 中頻電子變壓器中，鐵基非晶合金無論是技術指標，還是經濟指標都超過硅鋼。上世紀90 年代，美國生產的中頻電子變壓器就大量用鐵基非晶合金代替硅鋼。日本在上世紀90 年代開發出6.5%的硅鋼，使400Hz～20kHz 損耗明顯下降，同時，磁致伸縮趨近于零,可用于低噪聲中頻電子變壓器。前兩年日本又開發出加鉻硅鋼，使20kHz至100kHz損耗進一步下降，把硅鋼的應用范圍擴展到20kHz 以上的中高頻，同時，耐腐蝕性也好。但是從表2 硅鋼與鐵基非晶合金中頻損耗比較中看出：不論是無取向和取向冷軋3%硅鋼，6.5%硅鋼還是加鉻硅鋼，在400Hz至20kHz 中頻段的損耗都高于鐵基非晶合金。從經濟指標上看：0.10mm 厚無取向冷軋3%硅鋼帶的價格已經和鐵基非晶合金帶的價格基本相當，0.10mm 厚取向冷軋3%硅鋼帶的價格現在超過鐵基非晶合金帶的價格300%，0.10mm 厚6.5%硅鋼和加鉻硅鋼帶的價格更高。因此中頻電子變壓器采用鐵基非晶合金代替硅鋼，比工頻電子變壓器更有可能取得良好的技術經濟效益。由于鐵基非晶合金加工的鐵心只有環形和C 型，中頻電子變壓器的設計要作相應的更改。在保證同樣的工作磁密下，可以降低鐵損。在保證中頻電子變壓器總損耗基本不變的情況下，可以提高工作磁密，減少線圈匝數，降低用銅量。具體設計可以根據對損耗和成本要求綜合考慮。 [align=center] 表2 硅鋼和鐵基非晶合金總頻損耗比較[/align] 鐵基納米晶合金和軟磁氧體技術指標相比如見表3 所列，具有飽和磁密Bs高，初始磁導率μi高，單位體積功耗Pcv 低等優點，居里溫度大于560益，在使用條件下，溫度變化對技術指標影響小。同時，鐵基納米晶合金鐵心經浸漆固化處理后，機械性能穩定，因此，在20 kHz 至500 kHz 中高頻電源電子變壓器中，鐵基納米晶合金可以和軟磁鐵氧體在性能價格比上進行競爭。 [align=center] 表3 鐵基納米合金和軟磁鐵氧體技術指標比較[/align] 對于鐵基納米晶合金與軟磁鐵氧體的價格比較，除了最近市場價格波動因素而外，還應當考慮以下幾點。 （1）由于鐵基納米晶合金功耗小，因此允許工作磁密高于200mT。鐵心截面和體積下降，線圈匝數減少，中高頻電子變壓器用銅鐵量都會下降，整體成本下降。 （2）鐵基納米晶合金使用溫度高，中高頻電子變壓器可以使用溫度指標高的電磁線。可以進一步減少變壓器的體積和用銅鐵量。 （3）對于1kW以上的大功率中高頻電子變壓器，軟磁鐵氧體工作磁密低，鐵心體積大，在現有的生產工藝條件下，制作大尺寸鐵心難度大，成品率低，成本并不比鐵基納米晶合金低。 （4）對20W以下小功率中、高頻電子變壓器，鐵心本身重量和體積不大，采用鐵基納米晶合金增加的成本占鐵心總體成本的比例不大。 從市場上看，軟磁鐵氧體價格上漲，而國內鐵基納米晶合金已形成大規模批量生產能力，而且至少有10 家生產單位可以供應環形和C 型鐵基納米晶合金鐵心，價格比前幾年下降許多。估計今后還會縮小鐵基納米晶合金鐵心和軟磁鐵氧體鐵心的價格差距。 近年來，利用鐵基非晶合金和納米晶合金，開發了各種電源用的電感器件。 （1）用于交流濾波和共模干擾抑制電感的鐵基非晶合金和納米晶合金磁芯，初始磁導率為30 000～120000，最大磁導率100000～200000，比軟磁鐵氧體大得多，在要求同樣電感量條件下，磁芯尺寸只有軟磁鐵氧體鐵心尺寸的18 至110。例如，在同樣電流100A和同樣電感量下，一個φ130 mm×φ90 mm×30 mm 的鐵基納米晶合金磁芯可以代替4個φ130mm×φ70mm×50mm 的軟磁鐵氧體磁芯。同時，還可以減少線圈匝數。電感器總體成本低于用軟磁鐵氧體磁芯的電感器總體成本的13，已用于各種大小功率開關電源中。 （2）用于直流高頻載波濾波電感的無氣隙寬恒導磁鐵基非晶合金磁芯，電感器中主要通過直流電流，要求在一定磁場強度（例如800Am）以內，磁導率保持不變，磁化曲線為直線。以前都是有氣隙磁芯，既增加加工工序，又有較大的噪音。從上世紀90 年代起，國外就開始研究寬恒導磁非晶合金磁芯，現在國內已經有批量生產環形磁芯，外徑φ16～φ50mm，內徑φ8～φ30mm，有效磁導率200～2000。同時高頻損耗小，可以在濾除高頻載波時比軟磁鐵氧體減少功耗和發熱，已廣泛用于各種直流直流、） TjF交流直流、直流交流變換開關電源和UPS電源中，也用于汽車噪音抑制器中。 （3）用于大電流直流高頻載波濾波電感的有氣隙鐵基非晶合金磁芯。電流超過一定數值后，無氣隙磁芯磁導率就會迅速下降，因此，大電流直流高頻載波濾波電感還是要采用有氣隙磁芯，近年來開發出有氣隙的鐵基非晶合金環形磁芯和C 型磁芯，有效磁導率可達幾百，在較大磁場強度，例如8000Am 下磁導率保持不變，同時還可以通過改變氣隙來調整電感大小。在同樣電流和同樣電感量條件下，有氣隙鐵基非晶合金磁芯體積只有軟磁鐵氧鐵磁芯體積的15 以下。例如，一個φ140 mm×φ80 mm×35 mm 有氣隙鐵基非晶合金磁芯可代替6個φ125mm×φ75mm×20mm的軟磁鐵氧體磁芯，已用于各種大電流大功率開關電源和UPS電源中。 總之，軟磁鐵氧體作為電感器鐵芯，在電源設計中已失去往日的許多市場，逐漸被鐵基非晶和納米晶合金和磁粉芯取代。 鐵基非晶合金帶厚只有0.02～0.04mm，要卷繞成環型鐵心，需要不少加工工時，增加成本?，F在正在開發的鐵基大塊狀非晶合金可以解決這個問題。Fe-（Al，Ga）-（P，C，B，Si）非晶合金可以用銅模鑄造法制成環型鐵心，由于形成獨特的磁結構，軟磁性能比用快淬非晶合金帶卷繞成的環形鐵心好。也可用Fe-（Al，Ga）-（P，C，B，Si）非晶合金粉末裝在模具中，通過電脈沖燒結法制成鐵心，這兩種方法當然都不只限于制造環形鐵心，可以象軟磁鐵氧體一樣，制成各種形狀的鐵心。據報道，Fe-（Al.，Ga）-（P，C，B，Si）大塊狀非晶合金飽和磁密Bs為1.1T，在1kHz下的有效導率μi為7000～12000，矯頑力Hc為2～6Am，可以代替硅鋼和軟磁鐵氧體制作電源中電子變壓器的鐵心。 1.4 軟磁復合材料（SMC）和磁粉芯 軟磁復合材料（SMC）是上世紀90 年代開發出來的新型軟磁材料，其出發點是想把金屬軟磁材料的工作頻率向MHz 級和GHz 級擴展，因此將金屬軟磁材料與其他高電阻材料，如石英、陶瓷、高分子材料等復合在一起，只要控制金屬軟磁材料的體積百分數在逾滲極限以下，就有可能保持軟磁特性，又減少各種高頻率損耗，成為一種新的軟磁材料———軟磁復合材料，取英文名稱的第一個字母，簡稱SMC材料。 軟磁復合材料中的磁性粒子可以是純鐵、鎳、鈷金屬、鐵鎳合金、鐵鎳鉬合金、鐵鋁合金、鐵基非晶合金、鐵基納米晶合金和軟磁鐵氧體經過粉碎后制成的粉末。非磁性物體可以是二氧化硅等絕緣體，硅樹脂、聚乙烯、環氧樹脂等高分子材料作粘接劑和硬脂酸等作潤滑劑。磁性粒子和非磁性物體混合后，可以經過絕緣處理、壓制成形、燒結等工藝加工成磁粉芯，也可以采用現在的塑料工程技術，注塑成各種復雜形狀的磁芯。軟磁復合材料的優點是密度小，重量輕，生產效率高，成本低，產品一致性好。缺點是由于磁粒子之間被非磁性物體隔開，磁性阻斷，磁導率現在一般都在100以內，最近報導通過納米技術和其他措施，已開發出磁導率超過1000 的軟磁復合材料，最大可達6000。 磁粉芯是軟磁復合材料的一大門類，現在已有鐵粉芯、鐵鎳粉芯、鐵鎳鉬粉芯、鐵硅鋁粉芯和近年來開發成功的鐵基納米晶合金粉芯等，表4是幾種磁粉芯的性能比較。 [align=center] 表4 幾種磁粉芯性能比較[/align] 從技術性能上看，鐵鎳鉬粉芯最好，但是從價格上看最貴，因此最近開發出鐵基納米晶合金粉芯，可生產外徑φ15～φ80 mm，內徑φ7～φ50 mm，高5～25 mm 磁粉芯，有效磁導率為35、50、70 和90。在電源中，用磁粉芯制造電感器件與軟磁鐵氧體相比，有以下優點： （1）飽和磁密Bs 高，可以承受更大的直流偏量； （2）氣隙均勻分布，減少局部損耗； （3）居里溫度高，在工作范圍內，磁導率不變； （4）鐵鎳鉬粉芯和鐵基納米晶合金粉芯磁致伸縮小，工作中噪聲小。 因此，現在磁粉芯在電源電感器件中已取代軟磁鐵氧體部分市場。 高分子軟磁復合材料近年來發展迅速，在國外已用這種材料制造高頻電源變壓器和電感器，并建立相應的分析理論和設計程序。據作者所知，國內雖然進行了高分子軟磁材料的研究開發，但是還未見到用于電源中電子變壓器的報道。 1.5 導電材料 從2004 年初開始，銅材料價格迅速上漲，到2006年8 月，已達到80.2 元kg。作為電源中的電子變壓器主要材料的導電材料，出現一些新的發展趨勢。其中一個主要發展趨勢是“以鋁代銅”。這是因為2006 年8 月的鋁材價格為27.4 元kg，是銅材價格的34.4%，要低得多。雖然鋁的電阻率為2.800μΩcm，為銅的電阻率1.741μΩcm 的162.4%，鋁的電阻溫度系數0.00407℃是銅的電阻溫度系數0.00399℃的103.56%。如果暫時不考慮溫度影響，在保證電源中電子變壓器的線圈損耗不變，也就是線圈電阻不變的條件下，鋁導線必須比銅導線增大截面積162.4%。但是，鋁材比重為2.7g /cm3，是銅材比重8.89gc /cm3的30.37%。增加截面后的鋁導線重量仍然只有銅導線重量的49.32%，也就是輕一半左右。假定一個電源中電子變壓器銅導線用量為10kg，不考慮電磁線用絕緣漆和加工費用，單只是銅材價格將是802 元。在保證同樣線圈損耗條件下，鋁導線用量約為5kg，不考慮電磁線用絕緣漆和加工費用，單只是鋁材價格為137 元，只有銅材價格的17.08%。即使考慮以鋁代銅后，鐵心窗口面積要增大,用鐵量增加的成本，其降低電源中電子變壓器的總體成本的效果也是非常明顯的。 現在，國內正在開發用于電源中電子變壓器的各種鋁導線。一些企業已經開發出銅包鋁導線，銅線在外層，占面積15%，總比重為3.63 g /cm3，考慮趨表效應和鄰近效應，這種銅包鋁導線的電阻率比純鋁線會小不少，而成本增加不多，是一種充分發揮銅和鋁效果的復合材料。 近年來另一值得注意的發展趨勢，是選用溫度指數高、耐熱等級高的180聚酯亞胺QZY 漆包線和220 聚酰亞胺QYZ漆包線，導線允許的電流密度增大，導線直徑減少，用銅量減少，鐵心窗口面積減少,用鐵量也同時減少，可以降低整體成本。特別是對要求體積小的高頻小功率電源變壓器，采用耐熱性更好的漆包線, 更能顯出技術經濟效益。 國外近年來開發的漆包線，如155ETFE、180FEP、200PFA漆包線，已在國內建廠生產。這幾種漆包線的絕緣層都屬于線型熱塑性四氟乙烯共聚樹脂，耐熱性好，可以在從極低溫至高溫的大溫度范圍下工作，其電氣性能、機械性能、耐化學溶劑性能和耐老化性能都好，可以用于特殊環境條件要求（如耐化學腐蝕、耐油、耐輻射）的中小型電源變壓器中。小規格薄絕緣層PFA漆包線，國外已大量用于要求體積小的高頻開關電源的電子變壓器中。 2、新結構 近年來，電源中的電子變壓器的結構發生了許多變化，出現了平面電子變壓器、片式電子變壓器和薄膜電子變壓器等新結構電子變壓器。這幾種新結構電子變壓器將逐漸成為中高頻電子變壓器主流新產品，在以后的新產品一節中介紹，這里先討論一下電子變壓器中鐵心結構近年來發生的變化。 隨著取向冷軋硅鋼不斷漲價，必須利用厚度0.27mm下取向冷軋硅鋼的鐵心結構，如R型鐵心和立體三角形鐵心結構，有被淘汰的趨勢，而回到環形鐵心結構和平面鐵心結構。現在已有各種規格和型號的環形繞線機，環形鐵心繞線已不是什么困難的事情。采用環形鐵心結構，可以充分利用鐵心性能和材料，據有關專門生產環形電子變壓器的廠家資料介紹，采用環形鐵心相比于R 型、CD 型、EI 型鐵心生產變壓器，可節約成本20%～50%。 對500VA以上的電源變壓器可以采用搭接式繞卷鐵心，材料可以用厚度0.23mm 的硅鋼,也可以用鐵基非晶合金，在現在鐵基非晶合金帶材價格低于0.23 mm 厚硅鋼帶材價格的條件下，采用鐵基非晶合金可能更合理一些。 采用高分子軟磁復合材料鐵心的高頻電源變壓器，國外已批量生產。用工程塑料做成鐵心外殼，中間注入高分子軟磁復合材料，表面再用磁性片封住。采用這種鐵心結構生產出來的高頻電子變壓器，不象軟磁鐵氧體那樣需要經過燒結等工序，加工效率高，一致性好，成本低，同時還可以根據對高頻磁導率和損耗要求對鐵心成分進行調整，以滿足不同頻率下不同器件的要求。 作為電子變壓器鐵心一種根本變革的新結構———磁集成鐵心，可以把兩個或幾個電子變壓器鐵心和電感器鐵心集成為一體，大大縮小電子變壓器體積，降低成本。國內已有幾家大學和研究機構進行研究。但是到現在為止，還未見到用于電源中電子變壓器的報道。 3、新原理 3.1 壓電陶瓷變壓器 壓電陶瓷變壓器作為新原理電子變壓器，已引起國內電子變壓器行業的注意。上世紀90 年代以來，把多層片式電容器的制造技術移植到壓電陶瓷變壓器的制造上，克服了早期用有機粘結劑粘結多層壓電陶瓷變壓器的性能偏低而且不穩定的缺點，從而可能實現規模生產，逐漸在各種電子設備中推廣應用?！叭珖娮幼儔浩餍袠I協會論文集”2004 年第（六）集和2005 年第（七）集相繼發表了幾篇文章進行介紹，希望在銅鐵材料漲價的情況下，電子變壓器行業能對這種不用銅鐵材料的壓電陶瓷變壓器進行開發和生產。 壓電陶瓷變壓器與電磁變壓器相比，具有體積小，厚度一般小于5 mm，重量輕，結構簡單，不怕受潮，不怕燃燒和擊穿，電磁兼容性好（包括無電磁干擾和不受電磁干擾）。安全可靠，轉換效率超過90%等優點。但是，功率小，現在最大為40W，配套電路比較復雜，工藝流程還不完整，還沒有很好解決壓制、燒結、磁性激化等工藝問題，規模生產優良率不高，導致成本偏高，價格比現有同容量的電磁變壓器貴。因此要推廣應用還需要解決一系列問題。 現在壓電陶瓷變壓器的應用分為兩種，一種是由低壓變成高壓的升壓變壓器，用于液晶顯示器、靜電除塵器和高壓電源中，國內外都已形成規模生產。另一種是由高壓變成低壓的降壓變壓器，現在仍處于研究開發階段，只有個別的產品投入生產，現在見到已報道的最好的樣機，是日本富士通利用LiNbO3單晶制成15 mm×15 mm×0.5mm 的壓電陶瓷變壓器，工作頻率4 MHz，輸出功率30～40W，可以用于降壓型開關電源。 3.2 電力電子變壓器 電源技術和電力電子技術中包含的交流電壓變換技術，是一種“純粹的”電子變壓器，也能把低壓變成高壓進行升壓變換，或者把高壓變成低壓進行降壓變換，其主要方法是采用電力電子技術提高電能變換頻率，從而縮小電路中的變壓器和電感器的體積，并不是取消其中的變壓器和電感器。以前，對這種把電力電子電路和電子變壓器結合起來的方法，沒有引起足夠的重視。近年來，隨著電力系統要求減少輸入和輸出諧波，提高網側功率因數，實現“綠色變換”的呼聲日益高漲，國內外開展了“電力電子變壓器”的研究，才興起了研究開發熱潮。研究如何用電力電子技術對電力進行變換和控制，用電力電子變壓器代替傳統的電磁式配電變壓器。現在已有單相變換和三相變換等多種電路形式，這種電力電子變壓器不但可以用于高壓大電流電力領域，也可以用于高壓或低壓小電流領域，例如一些高壓電源發生器和小功率調壓電源等。 電力電子變壓器與傳統的完全依靠電磁式變壓器相比，其優點是可以實現閉環控制，輸出電壓穩定性好，波形好，不存在鐵心飽和產生的電壓電流波形畸變，體積小，重量輕，空載損耗小，但是工作效率比電磁變壓器低，價格貴是缺點。估計今后在解決相關問題后會推廣應用。 3.3 可調電感器 電源中改變電感大小的方法通常有兩種方法。一種方法是采用帶螺紋的軟磁鐵氧體，改變鐵心在線圈中的位置；另一種方法是采用滑動開關，改變線圈匝數，從而改變電感器的電感量。這兩種方法有一個共同的缺點，是有可動部分，只能手動調節，不能自動控制。在具體的電源設備中，實現起來比較麻煩。現在可以利用鐵心和線路結合的方法，來改變電感器的電感大小，有以下三種方法。 3.3.1 飽和電感法 在鐵心上繞兩個繞組，一個是工作繞組，通交流；另一個是控制繞組，通直流，改變控制繞組中直流電流的大小，就可以改變鐵心的飽和程度，從而改變工作繞組的等值電感大小。這種方法比較早期，飽和電感器和磁放大器的工作原理就建立在這種飽和電感法的基礎上。 3.3.2 開關控制電感法 在電感器電路中串聯一個雙向晶閘管開關，通過雙向晶閘管的導通和關斷來改變電感器的等值電感大小。這種方法比較新，上世紀80 至90 年代，國內外大量研究開發和生產的正弦能量分配器式交流穩壓電源，就建立在這種開關控制電感法的基礎上。 3.3.3 正交鐵心控制電感法 把C 型鐵心的一半旋轉90°和另一半對接，一半鐵心上繞工作繞組，通交流；另一半鐵心上繞控制繞組；通直流。改變直流電流大小，就可以連續改變工作繞組的電感大小，這種方法比較新。上世紀90 年代后，一直在開關電源、逆變電源、交流穩壓電源和電力交流串聯補償器和移相器中應用。日本把這種正交形狀軟磁鐵氧體鐵心標準化，稱為SX型鐵心。 從上面可以看出，包括壓電陶瓷變壓器在內，通過器件和電路的結合，可以開發出電源中新原理的電子變壓器來。今后還會有更多的新原理的電子變壓器出現。 4、新產品 隨著電子電源設備向輕、薄、短、小方向發展，電子變壓器也出現一代比一代更小巧的新產品：平面電子變壓器、片式電子變壓器、薄膜電子變壓器。 從上世紀90 年代起，平面電子變壓器就逐漸推廣開來，到現在已經形成專門用于平面電子變壓器的低高度軟磁鐵氧體鐵心類型系列。平面電子變壓器采用印刷電路板線圈或者箔式線圈，般都安裝在印刷電路板上，與電子設備整體設計不能分開，因此大多數都由電子設備制造單位自己設計和生產制造。雖然有國外企業開發出功率從小到大的單獨生產的平面電子變壓器，但是由于種種原因，一直未形成規模市場，特別是功率超過100VA以上的大功率平面電子變壓器存在散熱問題，必須附加散熱器，體積并不象企業廣告宣傳那樣減少得顯著，因此在大功率開關電源中推廣遇到困難。 片式電子變壓器是適應表面貼裝技術開發出來的新一代電子變壓器，在國內已經大規模生產。 片式電子變壓器包括變壓器、電感器、EMI 濾波器和磁珠陣列，按制造工藝可分為繞線型和疊層型兩種。繞線型片式電子變壓器，是將原來的軟磁鐵氧鐵心體積縮小，再繞上細導線，外面再用樹脂封裝?，F在，生產的小尺寸有4.6 mm×4.6 mm、甚至3.8mm×3.8mm、3.0mm×3.0mm，由于受工藝限制，最小尺寸為2.5mm×2.0mm。高度為1.8mm、1.5mm、1.2 mm、1.0 mm。疊層型電子變壓器采用厚膜多層印刷技術和疊層生產工藝，把軟磁鐵氧體（如NiZnCu）槳料和導電（如Ag）槳料交替的印刷、疊成、繞結后制成的。根據使用情況，疊層型片式電子變壓器又分為高頻變壓器、高頻電感器、低噪聲電感器、陣列式高損耗電感器、功率電感器等。已經生產的高頻電感器的小尺寸有3.2 mm×1.6mm、2.0 mm×1.25 mm、1.6 mm×0.8 mm、1.0 mm×0.5 mm，高度可小至0.6～0.5mm。低噪聲電感器的小尺寸為1.6mm×3.0mm，陣列式高損耗電感器的小尺寸為3.2 mm×1.6 mm。已經生產的功率電感器額定電流達6A?，F在已見到報道額定電流為10～20A的功率電感器，外形尺寸為21.4mm×24mm×10.2mm，電感14μH。但是，鐵心材料不是采用軟磁鐵氧體而是采用高磁通恒導磁鐵鎳合金，大大提高磁導率，使體積減少三分之一。從這個實例可以看出：不管是繞線型，還是疊層型片式電子變壓器，一個主要的發展趨勢是提高鐵心磁導率，從而減少外形和安裝尺寸，才能降低成本。 薄膜電子變壓器是最新一代電子變壓器，它是采用類似CMOS集成電路的微加工技術將薄膜磁芯和線圈加工在基片上，然后封裝而成的。進入21世紀后，國外正大力進行研究開發，每年都有多篇文章介紹研究開發的各種薄膜磁性材料和電子變壓器樣品，現在已見到正式產品報道。例如一種薄膜電感器產品，電感量為0.6～10nH，尺寸為0.6mm×0.3mm，高度小于0.5mm，已進入批量生產和應用階段。國內報道過電感量為0.3μH的FeSiAl合金薄膜電子變壓器和NiFe合金薄膜材料。但是到現在為止，還未見到國內有批量生產薄膜電子變壓器產品報道。估計在不久的將來，在材料研發、設計加工和用戶（例如電源設計生產單位）的大力配合和共同努力下，新一代薄膜電子變壓器也會在我國進入規模生產和應用階段。 5、一些思考 5.1 何謂“新” 上面從新材料、新結構、新原理、新產品等四個方面介紹電源中電子變壓器的一些新進展。正如本文開始所指明的那樣，這些新進展都是為了在現在具體的使用條件下，完成的具體功能中，提高電子變壓器的性能價格比。所謂的“新”，并不指現在才出現的，而是指現在正在實現的。例如，壓電陶瓷變壓器1956 年就已經出現了，但是在現在中國才被大力推薦研究開發。因此所謂的“新”，是由市場來決定的。任何一種新材料，新結構、新原理、新產品，只有符合市場價格規律，才可能存在和發展，違反了它，就可能被更替和淘汰。所以近年來出現一些有趣的由新變舊、由舊變新的現象。違反市場價值規律是會受到處罰的，一些新材料、新結構、新原理、新產品，不管是如何肯定它過去也好，不管是如何宣揚它未來也好，往往再不能繼續發展下去的原因，都是被市場價格所否定。 5.2 何謂“好” 在決定發展方向，評價和采用各種新材料、新結構、新原理和新產品的時候，一定要遵照市場的客觀規律，要采取客觀的態度。不能因為自己從事某種材料、結構、原理和產品的開發和應用，出于某種主觀原因的偏愛，把某種材料、結構、原理和產品說成最好！這樣做，往往會帶來事與愿違的結果。 例如，有些從事金屬軟磁材料應用開發研究的人，往往忽視軟磁鐵氧體材料和應用；有些從事軟磁鐵氧體材料和應用開發研究的人，往往忽視金屬軟磁材料和應用。各有各的年會，各有各的論壇，各有各的雜志。這種把自己封閉在熟悉的圈子里的學術交流，只能是學術上的“獨白”。聽不到不同的意見，看不到不同的道路，提不出不同的思想，對發展科學技術是不利的。 又例如，最近有人提出：壓電陶瓷變壓器“將是第三代高頻電子變壓器，也是電子變壓器革命性的歷史進步。”“總有一天……會代替傳統的繞線變壓器”。理由是：從理論上壓電陶瓷變壓器“可以做到無限的薄”，“在實際元件中，厚度也僅為1.5～5 mm”。我相信：有這種看法的人，只是個別從事壓電陶瓷變壓器研究開發和應用的人，并不是電子變壓器行業內大多數人士。壓電陶瓷變壓器既有優點，又有缺點，只能局限在能發揮自己優點的小功率高壓和低壓電源中應用。根據現有情況來看，在相當長一段時期內，電磁變壓器在電子變壓器中仍然占主導地位，仍然是大量生產的主導產品。如果認識不到這個基本點，是會犯錯誤的。例如會把研究開發的注意力集中在壓電陶瓷變壓器上，而不是集中量大面廣的電磁變壓器上，影響電子變壓器主體的發展。從現在通行的觀點來看，電磁電子變壓器從第一代的立體電子變壓器，發展到第二代的平面電子變壓器，再發展到第三代的片式電子變壓器，再發展到第四代的薄膜電子變壓器。這幾代電子變壓器也不是下一代取代上一代，而是同時共存，各自根據市場價值規律，在能充分體現性能價格比的功率和頻率領域中發展。單從電子變壓器高度來看，第三代片式電子變壓器的高度已經低于壓電陶瓷變壓器了，更不用說第四代薄膜電子變壓器，高度已經達到微米級。到現在為止，還沒有看到高度為微米級的壓電陶瓷變壓器的報道。那么，發展壓電陶瓷變壓器的意義是什么？壓電陶瓷變壓器只是電子變壓器的一種與電路結合而成的新原理變壓器，現在主要用在變壓比大，功率不大的高壓電源中，僅此而已，談不上是什么“革命性的歷史進步”。 至于壓電陶瓷變壓器理論上“可以做到無限的薄”，“無限的薄”，薄到“零”，那不是“沒有”了嗎？還算什么產品！千萬不能混淆“厚與薄”，“有限與無限”的概念！否則會誤入岐途的。任何一個產品，都有一定厚度。壓電陶瓷變壓器實際上不可能做到“無限的薄”，多層片式壓電陶瓷變壓器更做不到。 任何人都有知識的局限性。山外青山天外天，只有沖開自己設下的認識牢籠，多了解外面世界，多了解別的行業別的領域，才會找到更好的發展方向，才會有更大的發展。 5.3 市場是決定性因素 從上面介紹的一些新進展可以看出：市場是選取這些進展的決定性因素，又是推動這些進展發展的主要力量。經過這么多年改革開放之后，計劃經濟時期的一些思想和方法，還或多或少的殘留下來。有些人總想按規定的路線和方式來決定電子變壓器的技術創新和發展。但是實際證明，這往往是行不通的。例如：上世紀80 年代到90年，R型變壓器風行一時。本世紀初，立體三角形結構鐵心變壓器被有關行政部門大力提倡，在電力變壓器領域時髦一陣?，F在，隨著薄取向冷軋硅鋼帶的價格飛漲，R 型變壓器與環形變壓器相比失去了優越性，立體三角形結構鐵心變壓器的成本遠大于平面結構鐵心變壓器，不得不面臨著更換和淘汰。雖然各種規劃、咨詢和建議，可以供企業考慮，但是，真正起作用的還是市場，由企業根椐當時的市場情況來決策。例如，國內現行的取向冷軋硅鋼帶的價格遠高于成本，有巨大的市場需求和經濟效益，用不著政府進行干預，有些企業就會從長期考慮，投資建立新的取向冷軋硅鋼帶生產線；有些企業就會從短期考慮，從國外大量引進取向冷軋硅鋼帶；同時，還有些企業從國外收購報廢的電力變壓器，拆卸后回收取向冷軋硅鋼帶，經過處理后轉賣?？赡芙涍^一段時間，國內市場上的取向冷軋硅鋼帶達到供需平衡之后，就會回到合理的價格水平上。 5.4 如何成為電子變壓器生產大國 根資料介紹，2005 年我國電子變壓器生產約占世界的20%，其中約三分之二出口。日本的電子變壓器生產和消費量都約占世界總量的40%。我國并不是象某個廣告媒體所宣傳那樣，已成為世界最大的電子變壓器、電感器生產基地。因此，對我國電子變壓器的現實情況，應當有清醒的認識，才能知道自己的短處，別人的長處。日本的電子變壓器，從材料到器件開發和設計，再到生產和工藝，再到電源整機中的應用方面，都有一系列的技術創新和發展。日本有的大企業包括了電子變壓器的材料、器件和整機應用的各個方面，企業內部互相配合和協調，更有利于推動電子變壓器的技術創新和發展，這些都值得借鑒和學習。但是，更應當清醒的認識到：只有在立足自身的基礎上，創造性能和成本都適合于中國的電子變壓器產品，才是真正走上中國電子變壓器技術創新和發展的道路，才能真正成為世界上電子變壓器生產大國和強國。在技術引進方面，可以學習別人，但不能依賴別人。通過自主研究開發，提高本國的技術能力，是更好地引進技術的前提和基礎，也是最終擺脫對國外技術依賴，避免受制于人的根本保證。 6、結語 我國從事電子變壓器研究、開發生產的單位已超過2000 家，其中有國營、民營和外資企業。世界上最大的電子變壓器生產廠家美國普思公司和世界上最大的軟磁鐵氧體生產廠家日本TDK 公司都在我國設有生產基地。世界上許多先進的電子變壓器技術、生產工藝和產品都在我國匯集在一起。面對這樣一個多種化的平臺，技術交流是大有可為的。本文介紹的一些情況只是從其中吸取的一小部分。希望各種內資和外資的電子變壓器企業人士都來介紹近年來電源中電子變壓器的新進展情況，我想一定會促進中國電子變壓器行業的共同發展。