[发明专利]用于脉冲变压器的磁芯及其脉冲变压器

说明书

本发明涉及由纳米晶软磁合金制成的、用于脉冲变压器的磁芯，以及用于数字信号传输系统等的脉冲变压器。

在电子电路领域，脉冲电技术已有很大发展，例如电子计算机的数字化、脉冲通信和测量器件。因此，对在波形传输方面具有高性能的电路元件的需求日益增长。在以脉冲形式传输数字信号的系统，如ISDN中，所用的脉冲变压器是一种主要用于波形传输的宽频带变压器。

ISDN的“S”-接口所用脉冲变压器必须设计及制造成能满足电性能的需求，例如以下公开的，“INS网络服务接口”，Vol.2(层1，层2)，第三版(以下引证为文件1)，由日本电报电话公司的ISDN开发部编辑，由通讯协会出版。

文件1中，对“INS网络64”服务和“INS网络1500”服务作了说明。特别是，在前者的脉冲变压器中，初级绕组阻抗在10KHz时必须是1250Ω以上，亦即，按电感来说约20mH或大于20mH，以上是取自文件1的第37～55页记载的电性能说明。

通常，脉冲变压器主要是由金属磁性材料和铁氧体材料制成的。就金属材料而言，采用玻莫合金(Ni-Fe合金)和硅钢(Fe-Si合金)。由于金属材料具有优异的低频特性和高饱和磁通密度，所以用于大脉冲宽度和高使用电平的脉冲变压器。但是，硅钢存在以下问题，即其磁导率低，不能提供足够的电感。而且，尽管低频时玻莫合金的磁导率较高，但其频率特性较差，因而它不适合用于小脉冲宽度的脉冲变压器。此外，由于碰撞可降低玻莫合金的磁性能，而且其价格高，所以把玻莫合金用于ISDN接口等的脉冲变压器存在问题。另一方面，铁氧体的饱和磁通密度低于金属材料，因而当施加高电压时会产生问题，但铁氧体在高频范围内具有优异的磁性能，并且价格较低。因此，在大多数情形，铁氧体通过用于上述小脉冲宽度的脉冲变压器。然而，用于这种脉冲变压器的高磁导率式铁氧体的饱和磁通密度为0.5T或0.5T以下，其磁导率高达10000左右。结果，脉冲变压器的工作磁通密度不能取得较大，随之产生的问题是磁芯变得较大，而且为了获得足够的电感，必须增大磁芯的截面积或绕组的匝数。匝数较多时，操作工序次数增多，耦合电容也增大，因而传输性能恶化。而且，铁氧体的温度特性也较差。高磁导率的钴基非晶合金的问题是，材料价格高昂，而且随时间的推移，其磁性能变化较大，因而可靠性降低。

JP-A-2-295101公开了一种用于接口变压器的由纳米晶铁基合金制成的磁芯。其特征在于由这样一种纳米晶铁基合金构成，其剩磁比Br/Bs小于0.2，相对初始磁导率为20000至50000，因而可获得体积小、绕组匝数少的接口变压器。

必须满足对降低脉冲变压器尺寸的需求。通常，安装面积必须在12.7mm×12.7mm或其以下，而且必须根据用途提供三种左右的高度，例如，用于电话系统的，约8.9mm或其以下，用于电话通信系统的开关板的，约3.6mm或其以下，用于IC电路板的，约2.8mm或其以下。

此外，这种脉冲变压器必须符合由其所采用的地区确定的安全标准。比如，初级与次级绕组之间、绕组与磁芯之间的介电强度在日本必须是500V，在美国是1.5KV，在欧洲是4.0KV。

在用于上述“INS网络64”的脉冲变压器中，例如JP-A-2-235307所公开的，主要使用的是EI型磁芯或EE型磁芯，由交流(AC)相对初始磁导率μri的标称值为10000或10000以上的铁氧体制成，并具有由镜面抛光来研磨的连接表面，或者是连续的D形或B形磁芯。

为了进一步减小脉冲变压器的尺寸，JP-A-2-295101建议了具有以下磁芯的脉冲变压器。该磁芯由含不少于60原子％的Fe的铁基合金制成，结构中50％或50％以上由晶粒尺寸小于100nm的微晶晶粒构成，并且磁致伸缩较小，这种合金的剩磁比Br/Bs小于0.2，10KHz时的交流相对初始磁导率μri在20000至50000范围内。前述JP-A-2-295101还公开了一种实施例，通过围绕外径为14mm、内径为7mm、高6mm的磁芯设置约40匝的绕组，可获得用于“INS网络64”的脉冲变压器。

作为上述的由交流相对初始磁导率μri的标称值为10000或其以上的铁氧体制成的磁芯，已知有Tokin公司生产的1200IH以及富士电化学有限公司生产的H25Z，其μri标称值为12000，还有TDK公司生产的H5C2和日立铁氧体有限公司生产的GP-11，其μri标称值为10000。