[发明专利]一种LED照明控制电路用磁性材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种LED照明控制电路用磁性材料及其制备方法。

背景技术

LED照明需要在直流条件下工作，因此，需要使用驱动电源，而在各种控制电路(又称驱动电路)设计中，通常要使用扼流圈，扼流圈是由磁性材料制成的磁心和在其周围绕制的线圈组成。扼流圈是驱动电路的关键元器件，其性能好坏直接决定LED照明能否正常工作。

作为驱动电路的扼流圈，其工作电路中往往同时含有交流和直流成分，有时LED驱动电源还要安装在灯具内，其环境工作温度较高，有时会达到100℃甚至更高。为了保证LED能够正常工作，要求驱动电路的扼流圈，在高温下以及在很高的直流电流条件下工作时，其电感都不下降，或者降低很少，对于磁心，要求在数百KHz的频率下使用，在高温下直至很高的电流值时也难以磁饱和。

扼流圈中所使用的磁性材料通常由硅钢片、铁粉心、磁粉心(包括：铁硅铝、钼坡莫合金以及高通量铁镍合金)、非晶和纳米晶等金属软磁材料或铁氧体材料制成。虽然金属软磁材料与铁氧体材料相比，饱和磁通密度更高，即具有在较大的电流下也难以饱和的优点，然而其价格较高，使用成本较高，而且电阻率低，因此，难以在高频下使用，此外，由于金属软磁材料防锈性差，随着时间的推移，其电磁性能会逐渐下降，这对于应用，无疑是不利的。在软磁铁氧体中，尽管NiZn铁氧体能够在更高频率下使用，但是由于其饱和磁通密度大大低于MnZn铁氧体，因此，MnZn铁氧体更适合在高频大电流下使用。此外，为了进一步降低LED的能耗，需要提高LED驱动电源的工作效率，即降低扼流圈和变压器的功耗。

随着LED驱动电源愈来愈趋于小型化，其工作电路的频率也越来越高，驱动电源目前正朝着高频大功率、小体积、高效率等方向发展。其对MnZn铁氧体材料性能的要求可概括为以下几个方面：在100℃左右具有尽可能高的饱和磁通密度，以获得优良的直流叠加特性；具有较高的磁导率，以便在绕制较少的线圈匝数条件下，就能获得较高的电感值，即节约铜线又减少了扼流圈的铜损；在高频下具有较低的损耗，降低扼流圈的铁损，从而减少扼流圈或变压器的温升，使扼流圈或变压器在高频下也能正常工作。

因此，能够广泛应用于开关电源变压器性能优良的传统高频低功耗铁氧体，却不能满足高频大功率LED驱动电源的要求，这是由于尽管这些高频低功耗铁氧体的功耗很低，在100℃、100KHz×200mT下的磁芯功耗在300mw/cm³以下(甚至在250mw/cm³以下)，25℃下，材料起始磁导率在2500左右，但由于其在100℃下的饱和磁通密度通常在420mT左右或以下，材料的直流叠加特性还不够优良。

在中国公开发明专利CN1890197A中，公开了一种获得高饱和磁通密度和低功耗MnZn铁氧体的方法，其主配方为：Fe₂O₃：63～80mol％，ZnO：3～15mol％，余量为MnO，辅助成分包括CaO、SiO₂、Ta₂O₅等，在纯N₂气氛中升温、保温和降温，并在1175℃下保温8小时。获得的铁氧体材料性能为：在100℃下，饱和磁通密度在520mT以上，50KHz×150mT下的磁芯功耗在1100mw/cm³以下；25℃下，材料起始磁导率在1200以下，且大多数在500以下。显然，尽管100℃下，饱和磁通密度较高，但由于功耗较大，起始磁导率低，只能在某些要求不太高的场合使用。另外，由于在纯N₂气氛中升温、保温和降温，消耗大量的N₂气，能源消耗大，制造成本高。