为什么纳米晶很少用于高频变压器?
器件之光
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2025-05-09
在上篇内容中,我们谈到:在数百KHz的频率下,纳米晶的涡流损耗是可以低于铁氧体的,能用来设计高频变压器。但在我们的实际工作中,纳米晶用于高频变压器的案例却是不多,这是为什么呢?我们先看看留言:
回顾纳米晶材料的发展史,它是20世纪70年代才问世的一种新型材料,前期由于成本高昂在商业化方面应用不多,只是随着近年来高频技术的发展而得到应用。留言提到的开关器件频率,确实是重要的一方面。虽然第三代半导体(碳化硅和氮化镓)在高频领域取得了一定的进步,但其成本高昂、工艺复杂,目前仅用于高端场合,离大规模的应用还有很长的路要走。
纳米晶材料硬度高、加工延展性差,切割或叠片时易产生微裂纹,目前只适合加工成环形。而对于高频变压器来说,往往有多个绕组,环形变压器在安规方面难以满足要求。其次,环形形状单一,无法满足高频变压器多场景下的设计需求。另外,纳米晶材料发展时间短,工艺远远没有铁氧体成熟,不良率偏高,导致成本偏高。除此之外,纳米晶含稀有金属(如Nb、Cu),需快速凝固制备,工艺处理难度高,进一步拉升了纳米晶材料的价格。与铁氧体相比,虽然纳米晶材料在某些方面性能更加优异,但价格往往是铁氧体的3~5倍,综合对比下来,性价比偏低,这是制约纳米晶应用在高频变压器的一大重要原因。
而对于某些电感,应用纳米晶材料,则可以一定程度上减少绕制圈数,从而降低工艺成本铜线材料成本,因而得到一些应用。综合来看,目前纳米晶很少用于高频变压器的原因包括:性价比低、加工性差、工艺复杂且不成熟、受限开关器件频率。但开关技术的高频化已是趋势,纳米晶材料技术也会不断突破。或许在不远的将来,纳米晶材料有机会可以更加广泛地应用在高频变压器上。
最后,回答粉丝的问题:纳米晶磁导率那么大,其余工况一致的话,岂不是气隙会开的很大?从某种程度上讲,似乎没问题。但是我们要明白:变压器开气隙的目的是为了防止饱和,而我们知道纳米晶的饱和磁通密度为1.3T左右,而铁氧体的饱和磁通密度只有0.4~0.5T左右。相比铁氧体来说,纳米晶更加不容易饱和。不容易饱和,是不是不需要那么大的气隙呢?这么来看,得出的结论是不是不同了呢?
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