磁性材料在无极灯中的应用

邓绍清 何世民

(绵阳市维奇电子技术有限公司，绵阳 621000)

1 新型电光源发展的需求

高频无极灯就是通过电磁感应原理，综合运用光学、功率电子学和磁学领域的最新科技成果，将电能转化成磁能，再转化成光能的高新技术产品，已成为国际公认的第四代节能环保光源，它有高光效、长寿命、高显色、光线稳定等特点，是照明行业未来发展的方向之一，是21世纪最有发展前景的绿色节能照明光源。

高频无极灯 (电磁感应灯)由电子镇流器 (电源)、耦合器和泡壳三部分组成。其中耦合器中的磁管或磁条、振荡电路中的振荡磁环和扼流线圈中的高频磁环，是无极灯中最关键的元器件，它们自身的特性以及它们彼此之间的匹配，直接关系到无极灯的可靠性和光效以及使用寿命。

虽然都是高频铁氧体材料，但由于使用的场合不同，起的作用不同，因此对磁性材料特性的要求就有所差异;高频无极灯耦合器对磁芯的居里温度和损耗要求很高，无极灯的工作频率为2.65MHz，耦合器置于灯泡的中间位置，它完成电源阻抗与耦合器阻抗匹配，耦合器的阻抗与介质的阻抗匹配，把电能转换成电磁能，电磁能转换成光能，耦合器工作磁芯由于存在磁损耗，线圈存在着铜损，泡内介质存在介电损耗，发热不可避免，无极灯内管的温度可以达到270度以上，且耦合器又处于中间位置，散热十分困难，因此如果磁芯的居里温度不够高，当环境温度超过磁芯的居里点后，磁芯就会失去导磁能力，无极灯就会熄灭;振荡电路是高频无极灯的核心部分，由它产生2.65M的驱动信号;振荡环的电感量以及温度系数，直接决定了振荡电路的输出频率的稳定性，因此保证振荡环在各种可能的工作环境中保持相对稳定的电感量就成了磁性材料研究的关键;扼流线圈是高频输出谐振电路的重要组成部分，也是一个重要的低通滤波器，它在启动时通过电路的谐振状态输出一个3000V以上的高压，将灯启动;在正常工作时将2.65M以上的高次谐波滤除，把开关管输出的方波变成正眩波;它电感量的大小，直接影响到灯泡的输出功率，因此其电感和阻抗的稳定性和自身的损耗对无极灯的可靠启动、光效、功率的一致性非常重要。

2 高频无极灯耦合器磁芯

耦合器是高频无极灯最关键的部件之一，其性能直接影响到灯的可靠性、光效和使用寿命。由于高频无极灯内腔的温度很高，(165W的灯内腔温度可达到250度以上)，因此对耦合器磁管的居里温度和自身的损耗提出了很高的要求。

当前用于高频无极灯的磁性材料有锰锌功率铁氧体材料和镍锌功率铁氧体材料两种，国外高频无极灯耦合器，Philips公司1996年推出了高频锰锌功率材料3F4，该材料也成功地用于了PHILIPS的第一代高频无极灯上。但3F4在高频无极灯上应用还有两点不足，一是自身功耗偏大，pcv(kW/m3)=320(3MHz 10mT 100℃)，自身发热严重，并影响光效;二是居里温度偏低，Tc=220℃，导致耦合器温升过高，必须使用很大的散热器才能正常工作。针对3F4的以上缺点，Philips公司又开发出新一代高频锰锌功率材料3F5，其功耗为3F4的1/3，pcv(kW/m3)≈100(3MHz 10mT 100℃);居里温度提高了70℃，Tc≥300℃，从而满足了高频无极灯耦合器的要求。在推出高频锰锌功率材料的同时，PHILIPS还推出了镍锌功率材料NiZn材料系列4F1，也能满足高频无极灯耦合器的需要，其材料参数为μi=80，pcv≤200 kW/m3(3MHz 10mT 100℃)。

绵阳维奇公司针对高频无极灯的应用，于2003年开始致力于无极灯专用磁芯的开发，于2004年推出了PTM600，其性能指标与PHILIPS的3F4相似。PTM600在85W以下无极灯中得到了广泛的应用;针对大功率无极灯的需求，参照PHILIPS的3F5，维奇公司于2007年又成功地开发出PTM650，其使用频为1M到5M，居里温度高于300度，损耗低于PHILIPS的3F5，当前已大量应用于135W以下的高频无极灯中。

表1 Philips 3F5和3F4的主要性能

表2 绵阳维奇当前已批量供货的PTM650的产品

除了高频锰锌功率材料以外，低损耗，高居里温度的镍锌功率材料也是大功率高频无极灯 (165W以上)耦合器的首选。又因为镍锌材料的绝缘特性，使得高温线可以不用绕线骨架，直接绕制在磁芯上，不仅提高了耦合器的可靠性 (不用再担心骨架的耐高温性和骨架的寿命)，而且也降低了成本。

PHILIPS的镍锌材料中能用于高频无极灯的是4F1，其居里温度只有260℃，做大功率无极灯并不理想;维奇公司开发的PN100，居里温度大于400℃，而且温度系数很小，非常适合大功率高频无极灯。

表3 高频无极灯耦合器用的NiZn铁氧体材料

3 高频振荡环和扼流环

高频无极灯的工作频率是2.65MHz，该频率信号是由无极灯电源中的一个LC振荡电路产生的，该频率的准确性和稳定性，直接影响到无极灯工作的可靠性和光效，因此用于该电路的振荡环的温度特性、一致性、稳定性就显得十分重要。维奇公司研制的宽温、高稳定的NiZn铁氧体材料PN60A，具有温度系数好，工作范围宽，性能一致性好的特点，在国内无极灯行业中得到广泛应用。

表4 绵阳维奇当前已批量供货的PN100的产品

表5 高频无极灯电子镇流器使用的两种NiZn铁氧体材料性能

表6 绵阳维奇当前已批量供货的扼流环和振荡环的产品

无极灯技术产品的发展给软磁铁氧体材料提出了更高的要求，以上叙述了高频无极灯用软磁材料的发展情况，并介绍了我公司开发的高频无极灯用磁芯的成果。