摘要：现阶段，人们对无线设备的要求越来越高，在无线通信设备的制造中对材料的要求越来越高，对技术的需要也会随着提升。在无线通信设备中，常常采用铁氧体材料制造的变压器和电感器来作为这些通信设备里的重要部件之一。虽然铁氧体制造的变压器和电感器比常规的硅钢片等材料使用起来方便，但是也有很多的确定，最大的缺点就是铁氧体材料的脆性很大，所以在生产制造中需要探索和研究。本文主要就是研究讨论铁氧体变压器和电感器的设计和制造工艺方面的有关问题。
关键词：铁氧体；变压器；电感器；设计与制造工艺；研究
一、铁氧体变压器和电感器的设计
1.常用磁芯形状
1）最为常见的铁芯有四种，如图一和图二中EE、ER、EC和ETD。其优势是性价比比较高，窗口面积大，适用面积大等（既可以适用于小功率的辅助电源，又可以适用于大功率的电源），其缺陷是仅可以适用于功率密度较低的场合。
2）和其他EE类铁芯不同，图4中的EFD是平面化的，它所适用的场合和图一以及图二相同，仅适用于功率密度相对较低的场合，但是他要求Low Profile，表贴或沉降式结构。
3）图5和图6的PQ、RM的窗口面积和EE类比较，相对较小，而Ae比EE类的大，它们的主要用途则是高功率密度的条件，但是仅仅适用于少量路输出的变压器。
4）和其他的ＰＯＴ Core不同，图3中的PJ，工作人员做进一步的处理，对其进一步的优化，可以说是ＰＯＴ Core的改进版，由于Ae大窗口小，因而其对电磁的屏蔽效果相对较好，他同样适用于高功率密度的场合，同时工作人员对ＰＯＴ Core中的系统做了优化处理，因而可以适用于对高度有一定要求的变压器，但是其不适合飞线，不适合使用Margin tape做安规。
2.磁芯的选择
磁芯的选择首先应该选择的是磁性材料的确定，然后再通过磁性材料的工作频率范围和饱和磁密大小进行确定材料；最后再确定磁芯的形状，当然在对磁芯的选择时也是要有依据的，其中功率密度的要求、成品高度的限制、绕组的多少和线包的引出线形式等是决定磁芯形状的主要因素，。常用的导线也有很多种，但是做常用的有两种：一种是漆包线，电磁线，两种导线的结构均为内围圆铜线外包裹绝缘漆。最常用的规格为0.04mm-1.0mm；另外一种是三层绝缘线，顾名思义，圆铜线外边覆盖了三层绝缘膜，其常用规格为0.2mm-1.0mm；由于铜箔和铜皮的特性，因而在使用时需要加绝缘，其厚度不同用途不同，例如厚度在0.025mm、0.05mm的通常用作屏蔽层，当厚度大于0.05mm时，常常用作绕组导线。何为多股绞线、Litz线？通俗讲就是李兹线多根同规格的漆包线制的绞线，用途不同，其规格也是不同的，最常见的规格有三种: 0.1xN,0.12xN,0.2xN，渡锡线和镀锡铜最常见的用途是用作引脚或者跳线，同理它在使用时，也是需要添加绝缘体的，常见规格有0.2-1.0，它的结构是圆铜线外镀锡。生铜片直接冲压切割成片状绕组的形状被称作为生铜片，最常见的规格厚度为0.5-1.0，扁平线，结构是扁平的漆包线，根据规格和厂商生产能力;规格是宽:厚＜10。
3.变压器的设计
1）磁芯可绕导线的面积Aw，它的单位是cm ^4。
2）Ae为磁心的有效截面积，单位是cm²，Ae≈Sj=CD，Sj为磁心几何尺寸的截面积，C为舌宽，D为磁心厚度。
3）根据上面两个公式可以计算出AP值，即可查表找出所需磁芯的型号。
4）下表为表1，可根据上方公式推导计算出的AP值查找铁芯的规格，从而确定变压器的铁芯。
表1
例如：计算最大输出功率： 
原边平均电流lin：
预计算原边电流脉冲ipk：
预计算原边电流有效值iprms：
Bmsx的选择：fs<150KHz,Bmax取决于Bs, 本例fs=100KHz,取Bs的80%为基准, 材质3C96 ,Bmax=0.5*80%*Bs=136mT。
AP计算：
二、铁氧体变压器及电感器的制造工艺
1.技术要求
线通讯设备中要求温度的变化和机器部件的温度升高的情况下很难达到其技术要求，因为无论零部件在使用的时候对分布的参数会对频率的移动的影响是常大的。这也是长期来难以解决的问题之一。在文章开始的时候也有提到铁氧体的很大的缺点就是材料性脆，因此在非自然固定情况下，还必须用减震材料将其密封，这种材料还应当适应正、负温差的变化的可逆性，才能够保证铁氧体电感器元件的稳定可靠性。以前用环氧树脂灌封，电感变化为正负3%范围内，频率也会随着变化，尤其实在机器工作一段时间过后，电感也会开始有所变化，频率发生偏移。经过分析发现，频率的变化是由于电感有所变化，电感的变化则是因为电感元器件受到了温度的变化影响导致的。
2.用有机硅凝胶灌封电感器元件
有机硅灌胶介质损耗小，电绝缘的性能好，它的高低温性能稳定的优点。经过多次高低温试验后，电气的参数变化很小。
3.环氧树脂灌封
因为铁氧体材料在成型后的材料会有很大的脆性，使用其制成的各种变压器和电感器，在结构上和工艺上，都应要用灌封成型，使其能够经受得其冲击和震动。但是铁氧体材料是一种应力比较敏感的材料，然而在环氧树脂灌封的过程中必须要减小环氧树脂的收缩对铁氧体变压器及电感器的导磁性能的影响。环氧灌注的应力来自它的收缩率和线圈的收缩力有所不同。因为漆包线是线圈的主要成分，然而铜线的线性张力系数是1.7*10 ^-6，环氧灌注料的线性张力系数为1.5*10 ^-6—6*10 ^-6，这两者之间相差很大。环氧灌注材料的线性张力系数与填充材料和固化剂的分量有关。一般固化剂量减少则填充材料就会增多，环氧灌注的线性张力系数随之减小。如果过多的添加填充材料，不仅会使施工难度增加，而且还会使其变得更脆。另外选用的量少的固化剂也会减小它的线性张力系数。最后是采用比较低的初固化温度，可以缩小固化的收缩率，缩小和负温的温差，从而减小负温是的应力。由此为减小环氧灌注材料收缩对铁氧体材料的影响，在灌封前使用有机硅橡胶把变压器铁芯部分均匀的涂抹一层，可以减小收缩应力。
4.灌封工艺的步骤
1）准备模具，并且清洁干净；
2）将模具、电感器和变压器烘干除湿；
3）将电感器和变压器定位；
4）用硅胶在变压器或者电感器铁芯部位均匀的涂抹一层；
5）配料，配环氧树脂灌注材料；
6）进行灌封，即将环氧树酯灌注材料注入模具的1/2处，然后在放入变压器或者电感器，再把环氧树脂灌注材料填满模具中并及时排除气泡；
7）进行烘干，在烘干的同时还要注意去除气泡；
8）去掉模具取出物件，在清除飞边；
9）检查验收。
结语
通过对铁氧体变压器以及电感器的设计和制造工艺的研究发现，随着科技的不断发展，人们对无线通讯设备的性能要求越来越高，因此这些设备的材料要求也越来越高，所以我们应该不断的探索不断的研究。
在本次设计中，通过计算公式的推导确定变压器的铁芯选择。可以更加准确的选择更匹配的铁芯材料，同时发现铁氧体材料虽然比很多的常规材料使用起来方便，但是也有很大的确定，就是材料有很大的脆性。通过这次的设计和研究，也可以通过环氧树脂胶这种灌注材料来弥补其缺点。
经过这次的设计和研究，让我对科学有了新的认识和提升，科学是严密的。无论是参数的设计计算，还是元器件的选择，甚至是其制造工艺，都让我感受到了科学的严密性，只要我们正确合理的利用，才能不断的发展与进步。同时我们也要不断的探索和研究，我们的社会才能进步。
参考文献
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[3]张德光, 胡锋. 高导铁氧体宽频高阻抗共模电感设计[J]. 磁性材料及器件, 2018, 49(2):44-46.
论文作者:1宋久海,2肖桂英
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/24
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