1 前 言 電力電子技術(shù)的發(fā)展，決定于主要的電力電子元器件，例如電子開關(guān)元器件，整流元器件和控制元器件。作為配套元器件之一的磁性元器件也對電力電子技術(shù)產(chǎn)生不可低估的影響。磁性元器件根據(jù)它們的作用，有以下幾種： （1）起電能傳送、電壓變換和絕緣隔離作用的電源變壓器，包括整流變壓器、逆變變壓器和開關(guān)電源變壓器等。 （2）起控制開關(guān)元器件、脈沖變換和絕緣隔離作用的脈沖變壓器、觸發(fā)變壓器和驅(qū)動變壓器等。 （3）起電參數(shù)變換和穩(wěn)定作用的相數(shù)變換變壓器，頻率變換變壓器（鐵磁式倍頻器和分頻器），穩(wěn)壓變壓器、穩(wěn)流變壓器和參數(shù)變壓器等。 （4）起抑制紋波、突變、EMI和噪聲的濾波電感器、噪聲和尖峰吸收電感器等。 （5）起電流電壓信號變換和檢測作用的電流互感器、電壓互感器和霍爾電流電壓檢測器等。 有一段時期，這些電力電子技術(shù)中的磁性元件被稱為特種變壓器和特種電感器，從便與電力變壓器和電力電感器相區(qū)別。后來，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，使電子技術(shù)涵蓋了從低到高的頻率范圍，從小到大的功率范圍，成為包括微電子技術(shù)，無線電電子技術(shù)和電力電子技術(shù)的一個整體。因此，把電力電子技術(shù)中的磁性元器件和其他電子技術(shù)中的磁性元器件歸在一起，由于其中變壓器占主要地位，都用“電子變壓器”作為統(tǒng)一的名稱。電力電子技術(shù)中的磁性元器件，是電子變壓器的一部份。電力電子技術(shù)發(fā)展對磁性元器件提出的要求，是推動電子變壓器發(fā)展的動力。電子變壓器的發(fā)展，也為電力電子技術(shù)的發(fā)展提供有力的基礎(chǔ)。特別是近十年來，磁性元器件所用的軟磁材料和磁芯結(jié)構(gòu)的新進(jìn)展，使其性能有顯著的變化，為電力電子技術(shù)高頻化和小型化起著推動作用，解決了一些關(guān)鍵的難點(diǎn)。 為了使電力電子技術(shù)和電子變壓器在我國都得到快速發(fā)展，兩個行業(yè)之間進(jìn)行信息交流將會起積極作用。《國際電子變壓器》編輯部收集材料，編寫“電力電子技術(shù)中磁性元器件的新進(jìn)展”，是希望以本文為契機(jī)，加強(qiáng)與電力電子行業(yè)的交流和聯(lián)系。同時也真誠的邀請電力電子技術(shù)專家和工作者，把電力電子技術(shù)中各種磁性元器件的要求和信息，通過《國際電子變壓器》傳送給電子變壓器行業(yè)，以便研發(fā)和生產(chǎn)的電子變壓器，更好的滿足電力電子行業(yè)要求。 2 磁性元器件用軟磁材料的新進(jìn)展 電力電子技術(shù)中磁性元器件采用的軟磁材料有硅鋼、軟磁鐵氧體、高磁導(dǎo)鐵鎳合金（坡莫合金），非晶和納米晶合金以及磁粉芯和薄膜。下面分別介紹軟磁材料近十年來取得的新進(jìn)展。 2.1 硅鋼 硅鋼是電力電子技術(shù)中低頻大功率磁性元器件常用的軟磁材料，近十年來，從調(diào)整硅含量，減少厚度和改進(jìn)工藝方面對它進(jìn)行改進(jìn)，使性能不斷提高，工作頻率范圍從工頻，擴(kuò)大到400Hz～10KHz中頻，最高達(dá)到200KHz～315KHz高頻。不但用于大功率電源變壓器，也可以用于追求體積小和環(huán)境適應(yīng)性好的高頻小功率開關(guān)電源變壓器。 調(diào)整硅鋼中的硅含量，從3％增加到6.5％，可以使它性能趨向最佳，磁導(dǎo)率升高，損耗下降，磁致伸縮系數(shù)變小，但是硅含量增加，硅鋼延伸率下降，不能再采用軋制工藝直接生產(chǎn)。20世紀(jì)90年代初，日本開發(fā)成功用化學(xué)沉積法生產(chǎn)6.5％硅鋼帶材的大規(guī)模生產(chǎn)工藝。到1998年可大量生產(chǎn)0.50～0.05mm厚6.5％硅鋼，寬度最大為640mm。2001年我國也試制成功6.5％硅鋼。可以作為400Hz～10KHz中頻磁性元器件大量使用的軟磁材料。例如0.1mm厚6.5％硅鋼在400Hz 1T下?lián)p耗為5.7w/kg,0.1mm厚3％硅鋼為7.2w/kg，在10KHz 0.1T下?lián)p耗0.1mm厚6.5％硅鋼為8.3w/kg，0.1mm厚3％硅鋼為18w/kg。也就是說，用它們制造中頻電源變壓器，在保證一定損耗的條件下，6.5％硅鋼工作磁通密度比3％硅鋼高，用鐵量減少。還有6.5％硅鋼的磁致伸縮系數(shù)為0.1×10-6左右，比3％硅鋼小8倍，可以降低人體敏感的400Hz～40KHz中頻段的可聞噪聲。日本已用0.1mm厚6.5％硅鋼制造出一臺200KVA 400Hz中頻電源變壓器，磁通密度為0.5T，用鐵量為250Kg，用銅量為125Kg，總重量為420Kg,可聞噪聲70db。用0.1mm厚3％硅鋼，磁通密度為0.3T,用鐵量為320Kg，用銅量為160Kg，總重量為550Kg,可聞噪聲80db。同時，1998年日本采用同樣的化學(xué)沉積工藝生產(chǎn)出硅含量梯度分布的低剩磁硅鋼，磁通變化量△B可達(dá)1.2T左右，遠(yuǎn)大于3％硅鋼的0.5T,可用于大功率脈沖變壓器。 減少硅鋼帶材厚度，可使渦流損耗下降。到20世紀(jì)90年代，大功率50Hz磁性元器件使用的冷軋硅鋼厚度，已從0.35mm下降到0.23mm,在50Hz，1.7T下的損耗可下降0.12～0.15w/kg。90年代初采用三次再結(jié)晶軋制和處理工藝，軋制出0.081mm和0.032mm厚的薄硅鋼，克服飽和磁通密度隨厚度下降的缺點(diǎn)，仍為2.03T。在50Hz 1.7T下的損耗，0.081mm厚硅鋼為0.37w/kg，0.032mm厚硅鋼為0.21w/kg，比0.30mm厚硅鋼的1.02w/kg大幅下降。不但使50Hz大功率磁性元器件采用硅鋼可以達(dá)到現(xiàn)在損耗的最低水平，而且可以擴(kuò)展硅鋼使用的工作頻率到20KHz以上，已見到硅鋼用于200KHz～315KHz高頻磁性元器件中的報導(dǎo)。 從20世紀(jì)90年代開始，各國都投入大量的人力物力研究硅鋼的磁疇細(xì)化處理工藝。現(xiàn)在取得的成果是使0.23mm厚硅鋼在50Hz 1.5T下?lián)p耗再下降0.1w/kg。日本已定型大量生產(chǎn)，用于新一代節(jié)能型電力變壓器中，可使空載損耗比原來下降30％左可。估計用于整流變壓器也可以取得相當(dāng)?shù)墓?jié)能效果。我國正在試制這種磁疇細(xì)化處理后的硅鋼。 2.2 軟磁鐵氧體 軟磁鐵氧體是電力電子技術(shù)中的中高頻中小功率磁性元器件常用的軟磁材料，具有電阻率高，批量生產(chǎn)容易，性能穩(wěn)定，可利用模具制成各種磁芯，特別是成本低的特點(diǎn)，但是，加工大型軟磁氧體不容易，產(chǎn)品易破碎，使它的使用功率受到限制。軟磁鐵氧體飽和磁通密度低，在50Hz～1KHz頻率范圍內(nèi)，很少使用它。有人認(rèn)為軟磁鐵氧體環(huán)形磁芯沒有氣隙，在聲頻范圍內(nèi)工作時不會產(chǎn)生可聞噪聲，那也是一種誤解。軟磁鐵氧體磁致伸縮系數(shù)遠(yuǎn)大于硅鋼，在聲頻范圍內(nèi)工作，有比較大的可聞噪聲。 20世紀(jì)90年代初，對軟磁鐵氧體的損耗隨頻率變化的機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)研究。發(fā)現(xiàn)它有一個最佳工作頻率，這時損耗處于最低點(diǎn)。有一個極限工作頻率，超過它，損耗就始終比較大。因此90年代研究出的軟磁氧體第四代產(chǎn)品，如日本TDK的H7F（PC50）,中國的R1.4K,最佳工作頻率為1MHz,最大極限工作頻率3MHz，性能因子（Bxf）為25000，即在1MHz時工作磁通密度為25mT,比80年代的第三代產(chǎn)品有顯著的提高。第三代產(chǎn)品，如日本TDK的H7C4（PC40）,中國的R2KB1,最佳工作頻率300KHz，最大極限工作頻率1MHz，性能因子為15000。近年來，一方面從改變添加劑，另一方面從改變工藝，使粉末細(xì)化，進(jìn)一步改善軟磁鐵氧體的性能。但是粉末細(xì)化程度受磁疇尺寸限制，再要提高軟磁鐵氧體的工作頻率相當(dāng)難，不得不尋找新的途徑，轉(zhuǎn)向磁性復(fù)合材料和納米材料。 2.3 高磁導(dǎo)鐵鎳合金（坡莫合金） 高磁導(dǎo)合金的特點(diǎn)是磁導(dǎo)率高，損耗低，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，缺點(diǎn)是價格貴。在電力電子技術(shù)中的檢測信號的磁性元器件中使用，有突出優(yōu)點(diǎn)。同時，在環(huán)境條件要求嚴(yán)格的軍工產(chǎn)品中，使用比較多。 為了降低成本，1992年開發(fā)出低鎳含量的Ni38Cr8Fe合金，達(dá)到Ni80Mo5高鎳合金的性能，在0.4A/m條件下，初始磁導(dǎo)率達(dá)到1～3×106。 從1996年開始，德國真空冶煉公司等國外公司開發(fā)出初始率2～3×106,掀起了提高磁導(dǎo)率的熱潮。中國也研制出相應(yīng)的產(chǎn)品1J77A和1J851A合金。不但磁導(dǎo)率高，可以提高檢測磁性元器件的精度和靈敏度。而且損耗小，0.02mm厚合金材，在0.5T 20KHz下?lián)p耗為28w/kg,已用于20KHz 1KVA電源變壓器。 高磁導(dǎo)合金軋制0.02mm以下的合金超薄帶材，生產(chǎn)工藝相對簡單，成本相對較低，現(xiàn)在已能軋制出0.005mm厚的合金帶材。0.005mm厚Ni80 Mo5合金帶材在0.1T 1MHz時損耗為0.392w/kg，10MHz時為23.1w/kg，可用于1MHz以上的電源變壓器和飽和電感器（磁放大器）中，突破了高磁導(dǎo)合金只能用于20KHz以下磁性元器件中的舊觀念，其成本也低于超薄帶硅鋼、非晶和納米合金，在市場上有競爭力。 2.4 非晶和納米晶合金 從20世紀(jì)60年代末起開發(fā)出來的非晶合金和從80年代后期起在非晶合金基礎(chǔ)上開發(fā)出來的納米晶合金，近十年來成為電力電子技術(shù)中磁性元器件用軟磁材料的研究熱點(diǎn)，不但在材料和工藝方面，而且在應(yīng)用方面都取得了巨大進(jìn)展。下面介紹比較突出的例子。 鐵基非晶合金在低頻大功率中磁性元器件的應(yīng)用推向高潮。在電力變壓器中，從90年代初的不到一萬臺，達(dá)到90年代末的上百萬臺。除了電力變壓器外，也有用于整流變壓器，逆變變壓器和濾液變壓器的應(yīng)用實例。1999年報道了高次諧波對鐵基非晶合金和硅鋼損耗影響的對比試驗結(jié)果。在失真度為5％的電力變壓器中，硅鋼磁芯損耗增大到106％，非晶合金磁芯損耗增大到123％。在失真度為75％的整流變壓器中，非晶合金磁芯損耗增大到160％，還可工作，硅鋼磁芯損耗增大到大于300％，嚴(yán)重發(fā)熱，必須采取冷措施。證明了鐵基非晶合金比硅鋼更適合于電力電子技術(shù)中的低頻 大功率磁性元器件中使用。現(xiàn)在鐵基非晶合金磁芯制成的變壓器容量一般為630KVA以下，最大已制成2500KVA。經(jīng)過近十年努力，工作磁通密度從1.25T提高到1.35～1.40T。填充系數(shù)從0.70提高到0.85。帶材價格從硅鋼的600％降到150％。磁芯價格達(dá)到26元/kg左右，已接近卷繞式硅鋼磁芯價格。空載損耗比硅鋼下降60％～80%。預(yù)計在未來十年內(nèi)，鐵基非晶合金將逐漸擴(kuò)大在電力電子技術(shù)中磁性元器件中的應(yīng)用，達(dá)到30％左右的份額。 現(xiàn)在鐵基非晶合金厚度為25～40μm,填充系為0.85左右。1995年以后開發(fā)出厚度為150～250μm厚FiSiB系鐵基非晶合金和塊狀非晶合金，可以把填充系數(shù)提高到0.95，達(dá)到現(xiàn)在硅鋼磁芯水平。塊狀非晶合金可以用于甚低頻磁性元器件，降低損耗。 從1990年起，日本大力開展對FeMB系（M可為Zr、Hf、Ta）非晶合金和FeZrNbBCu系納米晶合金的研究，商品名為“Ｎanoperm”。損耗比FeSiB系鐵基非晶合金小，在1.4T和50Hz下?lián)p耗為0.14w/kg左右，飽和磁通密度提高到1.70T，磁致伸縮系數(shù)下降到0.3×106以下，是到現(xiàn)在為止低頻大功率比較理想的軟磁材料。日本已聯(lián)合產(chǎn)學(xué)研攻關(guān)，預(yù)計2003年制成低頻大功率變壓器樣品，2005年投入規(guī)模生產(chǎn)。 1998年美國開發(fā)出FeCoZrBCu系非晶合金，商品名為“Hitperm”，飽和磁通密度高達(dá)2.0T,損耗也比較小，可代替現(xiàn)在的鐵鈷釩合金用于要求體積和重量小的低頻大功率磁性元器件中。 近十年來是非晶和納米晶合金與軟磁鐵氧體爭奪電力電子技術(shù)中高頻磁性元器件市場，最為激烈的時期，特別是100KHz以上的高頻范圍圍，效果更加明顯。由于改進(jìn)工藝，添加元素，鈷基非晶和鐵基納米晶合金者噴制出20μm以下的薄帶。鈷基非晶合金薄帶在0.1T和1MHz條件下，損耗為0.1～0.4w/kg。Nanoperm型納米晶合金薄帶在0.2T和1MHz條件下，損耗為1.15w/g左右。是迄今為止所見報道的最低水平。這樣，在500KHz～1MHz范圍內(nèi)，工作磁通密度可達(dá)到0.2～0.1T,而軟磁鐵氧體只有0.05～0.025T,可以比軟磁鐵氧體減少中高頻磁性元器件的損耗，體積和重量。 2.5 磁粉芯 磁粉芯是由金屬軟磁材料粉末與絕緣材料混合以后壓制而成的，一般為環(huán)形。由于金屬軟磁材料粉末被絕緣材料所包圍，形成分散氣隙，增加電阻率，降低高頻渦流損耗，并具有抗飽和性能，主要作為電力電子技術(shù)中電感器的磁芯。 除了鐵磁粉芯，鐵鎳鉬磁粉芯，鐵硅鋁磁粉芯而外，20世紀(jì)90年代中期，開始研究非晶和納米晶磁粉芯。在10KHz下測的有效磁導(dǎo)率為20～800,比現(xiàn)在其他磁粉芯范圍寬，最大值高。在0.1T，20KHz條件下，損耗為10～25w/cm3，比現(xiàn)有其化磁粉芯低，可以減少發(fā)熱量及溫升。 2.6 薄膜 電力電子技術(shù)發(fā)展到1MHz以上高頻，可以大大減少電力電子裝置的體積和重量。適合也便攜式通訊設(shè)備（手機(jī)）和個人計算機(jī)相配。據(jù)日本電子雜志介紹，這兩種信息傳輸和處理設(shè)備，是當(dāng)前高頻開關(guān)電源的主要用戶。但是在1MHz～100MHz，甚至1000MHz范圍內(nèi)，原有的軟磁材料損耗迅速增加，加工工藝愈來愈難，成本上升，因此作為納米材料的一個分支，磁性薄膜應(yīng)技術(shù)發(fā)展的要求，從1987年發(fā)展起來。由于測1MHz損耗比較困難，用磁導(dǎo)率作為表示薄膜性能的主要參數(shù)。 1998年日本用電鍍法制成飽和磁通密度達(dá)1.8～2.2T的FeNiCo晶態(tài)合金薄膜，在10MHz下磁導(dǎo)率為1650～2200，可用于10MHz磁性元器件中。后來又開發(fā)出FeNi和FeNiMo晶態(tài)合金薄膜，電阻率比較大，可用于10MHz～30MHz磁性元器件中。 非晶合金薄膜在90年代初就有報道，把CoZr薄膜作為磁芯，制成電源變壓器，濾波電感器和脈寬調(diào)制飽和電感器，組成1MHz開關(guān)電源。后來改進(jìn)的CoZrRe薄膜，在10MHz下磁導(dǎo)率達(dá)到3000，在0.1T 和1MHz測損耗為1.2w/cm3,只有軟磁鐵氧體的1/6左右，已成功用于32MHz開關(guān)電源中。值得注意的是，薄膜屬于納米材料，其性能比非晶合金的薄帶有顯著改善。例如鈷基非晶合金薄帶的飽和磁通為0.6～0.8T,而鈷基非晶薄膜可升高到1.6T。 由于薄膜厚度一般都小于5μm,，很容易形成納米晶，因此90年代開發(fā)出來的納米晶薄膜比非晶薄膜多。其中FeMc（或CoMc）納米晶薄膜，商品名“Nanomax”,已經(jīng)作為磁頭材料大量使用。Bs為1.48～1.72T,1MHz下磁導(dǎo)率為670～6500，可以用于1MHz左右的開磁電源中。Nanoperm型納米晶薄膜FeZrB,在50MHz下磁導(dǎo)率仍大于1000，可用于10MHz～50MHz開電源中。經(jīng)過氮化后，可以提高電阻率，磁導(dǎo)率在高頻下仍然比較大。1994年韓國開發(fā)成功的FeHfCn薄膜在1MHz下磁導(dǎo)率達(dá)到7800，在100MHz下仍保持在1000左右，把使用頻率推向100MHz。 把薄膜厚度減薄，可以再減少渦流損耗，然后將幾個可十幾個磁性薄膜粘接在一起形成多層薄膜。例如〔FeHfC/Fe〕多層薄膜，使1MHz下磁導(dǎo)率從4310上升到6000，一直可保持到100MHz，也有相當(dāng)高的磁導(dǎo)率。由磁性薄膜和非磁性薄膜間叉組成的多薄膜，電阻率更高，工作頻率超過100MHz。例如1999年日本開發(fā)的〔CoFeB/SiO2〕多層薄膜，在800MHz下，磁導(dǎo)率為300～450。已經(jīng)用它作磁芯制成GH2級電感器，電感量比同類型的空芯電感器增加20％以上。 現(xiàn)在采用微細(xì)加工方法，把Fe或Co及其合金的納米級顆粒，彌散的鑲嵌在非磁性物體中，而形成納米顆粒薄膜。國外把它稱為復(fù)合磁性納米材料，是現(xiàn)在磁性材料的一大熱門研究課題。例如，F(xiàn)eHfO顆粒薄膜在100 MHz下磁導(dǎo)率為700～1400,在100 MHz下仍為100～500，電阻率為410～1100μm。現(xiàn)在已用于手機(jī)電源中。 3 磁性元器件用磁芯結(jié)構(gòu)的新進(jìn)展 3.1 大容量低頻磁性元器件芯結(jié)構(gòu) 為了減少漏磁和損耗，從90世紀(jì)80年代末起，卷繞式磁芯結(jié)構(gòu)在大容量低頻磁性元器件中有幾個新的進(jìn)展。首先是R型磁芯結(jié)構(gòu)在低頻中得到大量應(yīng)用，而形成R型變壓器。容量從10VA到630VA。可以作為控制變壓器、電源變壓器，甚至電力變壓器。R型磁芯的特點(diǎn)是截面近似圓形，框可以是環(huán)形，也可以是矩形由于漏磁少，采用硅鋼制成的R型磁芯，比沖片或剪切片疊成的磁芯，激磁電流小，損耗低30％左右。缺點(diǎn)是硅鋼帶剪切和卷繞需要專用設(shè)備。大形R型磁芯退火不容易掌握。線圈繞制也需要專用設(shè)備，而且每次只能繞一個，大批量生產(chǎn)時效率不高。所以在100VA以下的小型變壓器，生產(chǎn)量達(dá)到年產(chǎn)十萬只以上時，又有不采用R型磁芯而采用沖片疊制磁芯的動向。這樣，線圈可以同時繞到8～16只，生產(chǎn)效率顯著提高，也不需要特殊的專用設(shè)備，成本下降。 其次是出現(xiàn)搭接式磁芯結(jié)構(gòu)，卷繞式磁芯不是連續(xù)繞制而成的，而是分為幾十層搭接而成的， 搭接部分均勻分布在磁芯的方框上部或下部。這樣，線圈就可以象沖片疊制磁芯那樣，單獨(dú)或者成批繞制。單相變壓器采用一個框搭接磁芯，三相變壓器采用四個框（兩大框，兩小框）搭接磁芯。在裝配時，可以將搭接層逐步打開，裝入線圈后，再逐步合上。這種搭接式磁芯最早是用于非晶合金變壓器，后來也有用于硅鋼變壓器的。容量從5KVA至2500KVA，主要作為電力變壓器，也可作為電力電子裝置中的電源變壓器。 還有，卷繞式磁芯的空間布置也有新的變化。除了平面布置的三框式（兩小框，一大框），四框式（兩大框，兩小框）而外，還有立體布置的三角形三框式和放射形的三框式。三角形三框式，三框磁芯 尺寸相同，磁芯比較好加工和熱處理。但是繞線采用專門的骨架，不能充分利用包圍的截面。由于這種布置方式，用的材料重量小，損耗也低。但是線圈平均匝長增加，銅損有所增加。放射形三框式，適合于組成飽和電抗器，可以減少控制繞組平均匝長和電阻，減少控制時間常數(shù)。還適合于組成磁性三倍頻器，用于變壓器匝間試驗設(shè)備。它比平行或三框式磁芯布置有明顯的優(yōu)點(diǎn)，用銅量和銅損都可以減少。 3.2 低高度磁芯結(jié)構(gòu) 20世紀(jì)90年代中，便攜式通信設(shè)備（如手機(jī)）和計算機(jī)（如個人計算機(jī)）的迅速發(fā)展，要求其中的磁性元器件的高度降低到20mm以下，因而出現(xiàn)了一系列的低高度磁芯結(jié)構(gòu)。 第一代低高度磁芯結(jié)構(gòu)的磁芯元器件是平面變壓器和電感器。環(huán)形磁芯高度降到20mm以內(nèi)，截面不變，材料可以是軟磁鐵氧體，也可以是高磁導(dǎo)率坡莫合金和非晶、納米晶合金。E形磁芯高度降低后有兩種形式：一種是截面不變，窗口仍然很大，便于繞線和散熱。一種是截面增大，窗口減少。可以減少匝數(shù)，使繞組可以用銅箔等制造，減少趨表效益。已經(jīng)生產(chǎn)的平面變壓器和電感器從50 KHz至2.5 MHz，磁芯采用高磁導(dǎo)、低損耗鐵氧體材料。容量從5W至20KW。工作頻率不同，容量也會發(fā)生變化。對各種尺寸的磁芯，有一個最大容量工作頻率段，在使用中要注意。 第二代低高度磁芯結(jié)構(gòu)的磁性元器件是片式變壓器和電感器。由于表面安裝技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了高度更低的片式變壓器和電感器。磁芯結(jié)構(gòu)高度低，也分為繞線式和疊層式兩種。繞線式片式變壓器和電感器是采用體積更小的磁芯，繞制線圈制成的。疊層式片式變壓器和電感器是把磁性材料，導(dǎo)電材料和絕緣材料分為幾層疊裝起來制成的。這兩種片式變壓器和電感器都形成規(guī)模生產(chǎn)，年產(chǎn)量上億只以上。 第三代低高度磁芯結(jié)構(gòu)的磁性元器件是薄膜變壓器和電感器。采用類半導(dǎo)體集成技術(shù)的微加工技術(shù)制成。磁芯材料采用各種磁芯薄膜，線圈的導(dǎo)電材料和絕緣材料也采用各種薄膜材料制造。高度小于5mm。個別的達(dá)到1mm，可以直接裝入厚度1.5～2mm的各種卡中。 3.3 復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu) 復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)有兩種情況。第一種是用同一種磁性材料，制成兩個以上部分，然后把它們裝配在一起組成一個磁芯。其目的之一是經(jīng)過搭配后，使磁芯的性能趨向同一個水平，或者都處于規(guī)定的變化范圍之內(nèi)。也有的一個部分無氣隙，一個部分有氣隙，以滿足磁性元器件各個階段對磁芯性能的要求。 第二種是用不同的材料（包括磁性材料和非磁性材料），制成兩個以上部分，然后裝配在一起組成一個磁芯，從而得到各種要求的磁性能和電性能。嚴(yán)格的說，磁粉芯就是這種復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)，它是把鐵粉、坡莫合金粉、鐵硅鋁粉、非晶合金粉與絕緣粘接劑混合后壓制成一個磁芯的，從而得到不同的磁導(dǎo)率，不同的恒磁性能。現(xiàn)在，又興起把納米級磁性顆粒，彌散地鑲嵌在絕緣體中，從而獲得高磁導(dǎo)率高電阻率復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)，可用于幾十MHz到GHz頻率下工作的磁性元器件。這種復(fù)合磁芯結(jié)構(gòu)和復(fù)合磁性材料，已經(jīng)成為高頻磁性元器件開發(fā)研究的一個熱點(diǎn)，引起廣泛的關(guān)注，有可能取代軟磁鐵氧體成為高頻磁性材料和磁芯結(jié)構(gòu)的主流。 3.4 集成磁芯結(jié)構(gòu) 集成磁芯有兩種含義。第一種含義是CuK提出集成磁芯時表達(dá)的，一個磁芯把兩種以上磁芯（例如變壓器和電感器）的功能集成在一起。圖6就是一個例子，一邊是變壓器用磁芯，一邊是電感器用磁芯，都組合集成在一個磁芯上。隨著高頻開關(guān)電源的發(fā)展，第一種含義的集成磁芯結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成許多品種，并得到實際應(yīng)用。 第二種含義是除了把幾個或幾種磁芯集成在一起而外，還把半導(dǎo)體元器件，阻容元件也集成在磁芯周圍，而形成一個以磁芯為主的集成電路，例如一個單片開關(guān)電源。這種含義和一般集成電路沒有多大區(qū)別，只是集成電路中包括一般集成電路中沒有的磁性元器件。 3.5 垂直磁芯結(jié)構(gòu) 垂直磁芯結(jié)構(gòu)又叫正交磁芯結(jié)構(gòu)，由兩半C形磁芯組成，不過不是直接對接，而是一半旋轉(zhuǎn)90o后再對接。在旋轉(zhuǎn)90o的一半繞上控制繞組，通以電流，可以控制另一半磁芯電感的變化。利用這種垂直磁芯結(jié)構(gòu)，已經(jīng)開發(fā)出交流調(diào)壓電源、逆變電源和直流高頻開關(guān)電源。日本索尼公司用這種垂直磁芯結(jié)構(gòu)開發(fā)出各種性能比較理想的、價格又比較低的各種電視機(jī)用高頻開關(guān)電源。 4 磁性元器件性能的新進(jìn)展 4.1 高可靠性 磁性元器件是由磁芯、導(dǎo)線（銅材）、絕緣材料和結(jié)構(gòu)材料組成，沒有可動易損零部件，一般都認(rèn)為是可靠性高的元器件。近年來，對可靠性又有新的認(rèn)識。高可靠性包含著兩層含義。第一層含義是要能在規(guī)定的工作條件下工作。規(guī)定的正常工作條件既包括通用的工作條件，也包括特殊的工作條件。因此，在特殊領(lǐng)域下使用的磁性元器件要進(jìn)行特殊的環(huán)境試驗，包括核輻射試驗，超高溫試驗，超低溫試驗等。第二層含義是要能在規(guī)定的工作條件下工作到使用壽命期。影響使用壽命期的主要因素是絕緣材料。對許多在高頻高溫工作的磁性元器件，盡可能采用耐溫等級高的絕緣材料，例如C級的Nomex及其制品。不但可以保證使用壽命，而且可以減小體積，綜合考慮是可行。雖然磁性元器件的可靠性已被認(rèn)同，但是近十年來，對可靠性的新認(rèn)識，把磁性元器件的可靠性又提高到新水平，既可以在特殊環(huán)境中使用，又可以保證足夠的使用壽命期（一般為20年），還可以保證在使用壽命期內(nèi)基本上不要維修。更加突出磁性元器件可靠性高的特點(diǎn)。 4.2 高效率 許多電子設(shè)備在近年來對效率提出了更高的要求，除了保證在額定工作狀態(tài)下要求效率高而外，還要保證在待機(jī)工作狀態(tài)下要求效率高。一般待機(jī)狀態(tài)規(guī)定為額定狀態(tài)下承擔(dān)的負(fù)載的十分之一。在這種接近空截的情況下，磁性元器件的損耗占的比例大，因此，更加重視磁性元器件的高效率性能。待機(jī)狀態(tài)下電子設(shè)備的效率為90％，其中磁性元器件的效率必須超過95％。否則，加上其它損耗，就不能保證待機(jī)狀態(tài)下電子設(shè)備的效率達(dá)到90％。 影響待機(jī)狀態(tài)下磁性元器件效率的主要是鐵損。提高效率的辦法是采用損耗低的磁性材料和改進(jìn)熱處理工藝。因此，在一定工作頻率和工作磁通密度下的損耗，成為評價磁性材料的主要指標(biāo)。 [ b]4.3 低噪聲[/b] 近年來，對保護(hù)環(huán)境越來越重視，要求電磁噪聲低成為對磁性元器件的一個重要性能指標(biāo)，在音頻范圍內(nèi)工作的磁性元器件，還要求可聞噪聲要小。磁性元器件產(chǎn)生電磁噪聲的主要因素是磁性材料的磁致伸縮效應(yīng)。因此在有些使用領(lǐng)域，不用磁性材料，而用空芯元器件或者壓電陶瓷元器件，噪聲可顯著降低。降低電磁噪聲的辦法主要是采用各種屏蔽措施，近十年來都有顯著的進(jìn)展。另一方面，許多磁性元器件正好用于吸收電子設(shè)備的電磁干擾，因此給磁性元件帶來了相應(yīng)的市場機(jī)遇，促進(jìn)磁性元器件的發(fā)展。 4.4 低成本 磁性元器件作為電子產(chǎn)品的一部分，也是商品，回避不了市場對追求成本低的法則。近十年來，隨著國內(nèi)對市場認(rèn)識的逐步明確，那種只追求高功能而忽視成本的產(chǎn)品，越來越?jīng)]有市場，也就越來越?jīng)]有生命力。現(xiàn)在，強(qiáng)調(diào)的是在保證“適當(dāng)”的功能指標(biāo)下追求低成本。有時，低成本甚至成為決定性的性能指標(biāo)。為什么高磁導(dǎo)合金薄帶在高頻磁性元器件中還有用武之地？為什么軟磁鐵氧體牢牢占領(lǐng)著中高頻磁性元器件的市場？為什么小型電源變壓器不用R型磁芯結(jié)構(gòu)，而返回去用E型磁芯結(jié)構(gòu)？為什么磁粉芯近年來在電感器中迅速推廣？這些都是因成本低來決定的。那種追求完美、追求過高的性能指標(biāo)，而不考慮成本低原則的產(chǎn)品，遲早會遭到市場的懲罰。近十年來，這種教訓(xùn)是太多了。許多“節(jié)能不節(jié)錢”的產(chǎn)品，遲遲不能被用戶所接受。因此，最后希望大家都明白這一點(diǎn)：只有符合市場追求更高的性能價格比的磁性元器件的新磁性材料、新磁芯結(jié)構(gòu)、新性能，才能算是磁性元器件的新進(jìn)展。這是從事開發(fā)研究磁懷元器件的出發(fā)點(diǎn)。