JPH06120021A - 高周波電源用フェライトコア及びその製造方法 - Google Patents

高周波電源用フェライトコア及びその製造方法

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JPH06120021A
JPH06120021A JP4289616A JP28961692A JPH06120021A JP H06120021 A JPH06120021 A JP H06120021A JP 4289616 A JP4289616 A JP 4289616A JP 28961692 A JP28961692 A JP 28961692A JP H06120021 A JPH06120021 A JP H06120021A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 2MHz以上の高い周波数帯域で、スイッチ
ング電源等を効率的に動作させるフェライトコア及び製
造方法を提供することを目的とする。 【構成】 共振型スイッチング電源又はDC―DCコン
バータ等に使用するフェライトコアであって、Fe23
45〜49mol%、ZnO 15〜30mol%、
CuO 2〜8mol%、残部がNiO,これにCo3
4 0.1〜2.0wt%含有し、コアロス、焼結密
度かつ平均結晶粒径、又は初透磁率かつ相対損失係数、
又は製造条件を制限することによって形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、2〜20MHzの高周
波における共振型スイッチング電源装置又はDC―DC
コンバータ等に用いられるトランスなどのフェライトコ
ア及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、高周波スイッチング電源用トラン
スは、軽薄短小化が進み、それを実現する為の手段とし
ては、動作周波数の高周波化が最も有効であるとされて
いる。この様な高周波動作に適したフェライトコアとし
ては、当該高周波帯域で優れた磁気特性すなわち低損失
であることが必要とされる。従来、2MHz以下の高周
波スイッチング電源トランス用フェライトコアとして
は、Mn―Zn系フェライトコアを用いることが一般的
であった。また、2MHz以上の高周波では、高周波特
性の優れたNi―Zn系フェライトコアを用いた検討が
行なわれていた。この検討は、Andrew F.Go
ldberg氏他の文献”High Field Pr
operties ofNickel―Zinc Fe
rrites at 1〜10MHz”、IEEE P
ESC Record,Feb.1988,pp.31
1〜318で報告されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】高周波スイッチング電
源トランス用フェライトコアとしては、ヒステリシス損
失の小さいMn―Zn系フェライトコアを用いることが
一般的とされているが、2MHz以上の高い周波数帯域
では、磁気損失が急激に増加する。即ち、ヒステリシス
損失が増大し、また電気抵抗が1Ω・m以下と小さいた
めに、渦電流損失が増大する。2MHz以上の高周波ス
イッチング電源に用いた場合、発熱が著しくなり、その
結果、熱暴走し、機器全体を破壊する危険があるので実
用化できないと行った問題点があった。また、高い周波
数帯域で比抵抗が106Ω・mと大きく渦電流損失が小
さい鉄不足系(Fe23≦50mol%)の従来のNi
―Zn系フェライトコアでは、Mn―Znフェライトコ
アに較べて、ヒステリシス損失が大きいため、全損失が
大きくなり、高周波スイッチング電源用フェライトコア
として充分な性能を発揮できなかった。さらに、パーミ
ンバフェライトとして知られるFe23の組成範囲が5
0モル%以上のNi―Zn―Coフェライトは、比抵抗
が大きく、ヒステリシス損失もB―H曲線の原点に狭い
ウエスト(くびれ)を有するヒステリシスループをもつ
ため小さく、2MHz以上の高い周波数帯域で、有効な
フェライトコアである。しかし、このフェライトコア
は、B―H曲線のメジャーループにおける保磁力(H
c)以上の直流磁界が一旦かかると、低損失性は完全に
消失し、これを回復させるには、キュリー点以上からの
焼鈍による消磁しか方法がなく、装置に組み込んだ後で
のダメージには、打つ手がないといった問題点があっ
た。
【0004】上述の様に2MHz以上の高周波スイッチ
ング電源トランス用フェライトコアとして、ヒステリシ
ス損失が小さく、高抵抗で渦電流損失が小さく、直流磁
界が一旦かかっても低損失性が消失しないものが望まれ
ている。本発明は、2MHz以上の高い周波数帯域で、
低損失なフェライトコアを提供することを目的とするも
のである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、10MHz、10mTにおけるコアロス(P
c)が、600kw/m3以下であるフェライトコア
を、2〜20MHzで動作する共振型スイッチング電源
又はDC―DCコンバータ等に使用すると、電力消費が
小さく、効率的な高周波動作が達成できることを見出し
本発明に想到した。すなわち、本発明の第一のフェライ
トコアは、Fe23 45〜49mol%、ZnO 1
5〜30mol%、CuO 2〜8mol%、残部がN
iO、これにCo34 0.1〜2.0wt%含有する
ことを特徴とする。本発明の第二のフェライトコアは、
本発明の第一のフェライトコアの組成からなり、焼結密
度(ds)が5.0×103kg/m3以上であり、かつ
平均結晶粒径が0.05〜8μm以下であることを特徴
とする。
【0006】本発明の第三のフェライトコアは本発明の
第一のフェライトコアの組成からなり、初透磁率(μ
i)が50≦μi≦250であり、かつ10MHzにお
ける相対損失係数(tanδ/μi)が150×10-6
以下であることを特徴とする。本発明の第四のフェライ
トコアの製造方法は、本発明の第一のフェライトコアの
組成からなり、素原料を混合後、750〜950℃の温
度で仮焼し、粉砕粒径が0.8〜1.5μmとなるまで
粉砕し、造粒後、3.1×103〜3.6×103kg/
3の成形密度となるように成形し、900〜1050
℃の温度で焼成することを特徴とする。
【0007】
【実施例】本発明を表と図面を参照して以下詳細に説明
する。Fe23、ZnO、NiO、CuO、Co34
表1に示す割合で配合し、振動ミルにより2時間混合
し、その粉末混合物を920℃、2時間で仮焼成し、そ
の後振動ミル2時間粉砕した。これに有機バインダーを
加えて造粒、成形し、1020℃、2時間焼成して、外
径20mm、内径10mm、厚さ5mmのリング状のフ
ェライトコアを作製した。この試料の発熱状況を温度上
昇法により評価した。評価条件は、周波数10MHz、
Bm=10mTで、フェライトコアの温度上昇よりコア
ロス(Pc)を算出した。この結果を表1に示す。ま
た、同様に、図2に示したトランス形状とし、2個を組
み合せ、巻線を施し、トランスを形成した。このトラン
スの磁路長は30mm、有効断面積は50mm2であっ
た。このトランスを図3に示した電圧共振型コンバータ
回路に組み込み、10MHz、10mTで動作させた。
出力100Wに対する電力効率の結果を表1に示す。
【0008】
【表1】
【0009】表1から明らかなように、本発明の組成範
囲であって、かつコアロス(Pc)が600kw/m3
以下であれば、電圧共振型コンバータ回路に組み込んだ
場合、高い電力効率で動作できることがわかる。また、
比較例1、2、従来例1、2では、電力効率は60%以
下となり、トランスは10分以内に100℃以上とな
り、明らかに熱暴走状態を示していた。図1に、表1中
の実施例12のフェライトコアと比較例1のフェライト
コア及び従来例1のフェライトコアのPcの周波数特性
を、Bm=10mTについて示した。本発明のフェライ
トコアであれば、2〜20MHzの周波数範囲であれ
ば、周波数(MHz)とBm(mT)の積が200以下
で、高い電力効率で動作できる。
【0010】表2、表1中の実施例12の組成からな
り、焼結密度(ds)と平均結晶粒径の異なるフェライ
トコアを作製し、同様に評価した結果である。
【0011】
【表2】
【0012】表2から明らかなように、dsが5.0×
103kg/m3以上でありかつ平均結晶粒径が、0.0
5〜8μmであってPcが600kw/m3以下であれ
ば、高い電力効率で動作できることがわかる。
【0013】表3は、特許請求の組成範囲からなり、初
透磁率(μi)と10MHzでの相対損失係数(tan
δ/μi)の異なるフェライトコアを作製し、同様に評
価した結果である。表3から明らかなように、μiが、
50〜250でありかつtanδ/μiが150×10
-6以下であってPcが600kw/m3以下であれば、
高い電力効率で動作できることがわかる。
【0014】
【表3】
【0015】表4は、表1中の実施例12の組成からな
り、フェライトコア作製条件の中で仮焼温度、粉砕粒
径、成形密度、焼成温度が異なる条件でフェライトコア
を作製し同様に評価した結果である。表4から明らかな
ように、仮焼成温度が750〜950℃、平均粉砕粒径
が0.8〜1.5μm、成形密度が3.1×103
3.6×103kg/m3、焼成温度が、900〜105
0℃であってPcが600kw/m3以下であれば、高
い電力効率で動作できることがわかる。ちなみに表1中
の実施例12のフェライトコアの抵抗率(ρ)は、3.
6×106Ω・m、最大磁界の強さ(Hm)が800A
/mのときの最大磁束密度(Bm)は300mT、残留
磁束密度(Br)は200mT、保磁力(Hc)は15
0A/mであった。また、Bm=20mTでのBrは5
mT以下であり、Hcは、5A/m以下と非常に小さか
った。
【0016】
【表4】
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、2MHz以上の高い周
波数帯域で動作する共振型スイッチング電源又はDC―
DCコンバータ等に使用されるフェライトコアにおい
て、組成、磁気特性、製造方法を限定することにより、
電力消費が小さく、効率的な高周波動作が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のフェライトコアのコアロスの周波数特
性。
【図2】トランス用フェライトコアの形状図である。
【図3】電圧共振型コンバータの回路図である。
【符号の説明】
1 トランス 2 スイッチング素子 3 インダクタ 4 コンデンサ 5 ダイオード

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Fe23 45〜49mol%、ZnO
    15〜30mol%、CuO 2〜8mol%、残部
    がNiO、これにCo34 0.1〜2.0wt%含有
    するフェライトコアであって、10MHz、10mTに
    おけるコアロス(Pc)が600kw/m3以下であ
    り、2〜20MHzで動作する共振型スイッチング電源
    又はDC―DCコンバータ等に使用されることを特徴と
    する高周波電源用フェライトコア。
  2. 【請求項2】 Fe23 45〜49mol%、ZnO
    15〜30mol%、CuO 2〜8mol%、残部
    がNiO、これにCo34 0.1〜2.0wt%含有
    するフェライトコアであって、焼結密度(ds)が5.
    0×103kg/m3以上であり、かつ平均結晶粒径が
    0.05〜8μmであって、10MHz、10mTにお
    けるコアロス(Pc)が600kw/m3以下であり、
    2〜20MHzで動作する共振型スイッチング電源又は
    DC―DCコンバータ等に使用されることを特徴とする
    高周波電源用フェライトコア。
  3. 【請求項3】 Fe23 45〜49mol%、ZnO
    15〜30mol%、CuO 2〜8mol%、残部
    がNiO、これにCo34 0.1〜2.0wt%含有
    するフェライトコアであって、初透磁率(μi)が、5
    0≦μi≦250であり、かつ10MHzにおける相対
    損失係数(tanδ/μi)が150×10-6以下であ
    って、10MHz、10mTにおけるコアロス(Pc)
    が600kw/m3以下であり、2〜20MHzで動作
    する共振型スイッチング電源又はDC―DCコンバータ
    等に使用されることを特徴とする高周波電源用フェライ
    トコア。
  4. 【請求項4】 Fe23 45〜49mol%、ZnO
    15〜30mol%、CuO 2〜8mol%、残部
    がNiO、これにCo34 0.1〜2.0wt%含有
    するフェライト材料であって、素原料混合後、750〜
    950℃の温度で仮焼成し、平均粉砕粒径が、0.8〜
    1.5μmとなるまで粉砕し、造粒後、3.1×103
    〜3.6×103kg/m3の成形密度となるように成形
    し、900〜1050℃の温度で焼成して得られ、10
    MHz、10mTにおけるコアロス(Pc)が600k
    w/m3以下であり、2〜20MHzで動作する共振型
    スイッチング電源又はDC―DCコンバータ等に使用さ
    れることを特徴とする高周波電源用フェライトコアの製
    造方法。
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