《改进型数码相机闪光灯用触发线圈的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《改进型数码相机闪光灯用触发线圈的设计（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、改进型数码相机闪光灯用触发线圈的设计朱j l | l1 ，樊志远2 ，李书刚1 ，吴利强3( 1 天通浙江光电技术有限公司浙江嘉兴3 1 4 0 0 02 天通控股股份有限公司浙江嘉兴3 1 4 0 0 03 天通控股股份有限公司磁业公司浙江海宁3 1 4 4 1 2 )1引言电子行业的飞速发展，给元器件产业带来了前所未有的发展机遇，同时也推动了设计技术的不断变革。近年来，随着数码相机小型化、薄型化、轻型化进程的加快，牵引了N i Z n 铁氧体磁芯在闪光灯触发线圈上的应用。本文表述了高性能数码相机闪光灯用微型化触发线圈的改进设计，通过镍锌材料磁性能的改进，磁芯结构的优化设计及磁芯绕线设计，成
2、功提升了高性能数码相机闪光灯用微型化触发线圈的性能，改进后的触发线圈具有体积小、抗电磁干扰( E M D 小、可靠性高、触发电压低等特点，主要用于D S C ，D V ，P M P 等数码产品的闪光灯电路中。2S D 4 3 B 触发线圈设计众所周知，数码相机为了能在黑暗中照出比较清晰的照片，自身都带有一个闪光灯，目前还没有任何光源可以达到氙灯的闪光指数和色纯度，因此目前的数码相机仍使用这种闪光灯。闪光灯在闪光时需要一个数千伏的电压触发它才可以闪光，本产品就是能把储能电容上2 0 0 3 0 0 V 电压通过控制电路由本产品( 即触发线圈) 升成数千伏的触发电压的器件，图l 是典型低功率闪光灯
3、驱动电路。图l 典型低功率闪光灯驱动电路随着数码相机的迅猛发展，传统结构的触发线圈体积大、E M I 高、可靠性低、P i n结构，已经不能满足数码相机这一产业的需要，为此我们通过全新的结构设计和采用新型磁芯材料，对数码相机闪光灯用触发线圈进行了改进，通过以下方式实现：( 1 ) 磁芯材料选用用高电阻率的N i Z n 材料，结构为D R U M ( 类似“工”字形) ，具有高饱和磁通密度( B 。) 、低损耗、高温度稳定性等优异的性能；传统触发线圈的磁芯使用低电阻率的M n - Z n 材料，磁芯只能使用I 形( 即条型) ，线圈绕在B O B B I N 上，所以体积较大。而用N i z
4、n 材料，D R U M 结构，线圈可以直接绕在C O R E 上，这样体积可以小，另外线圈的A L 值比较大，同样的电感量，圈数少的很多，因而体积进一步减小。在线圈圈数比较少的情况下，同样的电感量和变比，藕荷率比较高，因此比较低的触发电压可以达到同样的效果。图2S D 4 3 B 是本项目产品，P T C 5 7 是传统的触发线圈( 2 ) 不用B O B B I N ( 骨架) ，直接在D R U M C O R E 上绕线。D R U M - C O R E 结构使得空气中的磁力线较短，再把低压侧卷线卷在里面，高压侧卷线卷在外面，这样E M I 比较小。( 3 ) 不用P i n 脚，而
5、是采用上下电极的S M D 结构( 如图2 所示) 。传统的触发线圈是用P i n 脚作为端子，由于线材比较细，在受外力或震动等状态很容易断线，而采用电镀电极作为端子作成S M D 器件大大提高了产品可靠性。通过以上工艺改进，研制出数码相机闪光灯用高性能S D 4 3 B 触发线圈，产品主要技术指标如下：1 ) 高度：M A X 3 3 m m， 2 ) 直径：M A X 4 5 m m3 ) 电感范围：1 4 7 0 1 2 m H4 ) 变压比：l ：2 42 0 15 ) 触发电压： 3 0 0 0 V r m s ( 实测峰值4 5 k V ，测试条件：探头l ：1 0 0 0 ，内阻
6、1 0 0 M Q ，电容3 p F )3N i Z n 磁芯材料性能指标的设计和研究3 1 磁芯材料性能指标设计根据数码相机闪光灯触发线圈对磁芯材料高频、高饱和磁通密度、低损耗、高温度稳定性的要求，采用N i Z n 铁氧体T N 3 0 H 材料磁芯，指标设计如表l 。表lT N 3 0 H 材料与国外同类材料的性能对比表测试条件天通T N 3 0 H 材料T D KS Y 2 0 材料F D K L 5 1 材料初始磁导率u i1 0 k H Z 、0 2 5 r o T 、2 53 5 02 9 03 5 0饱和磁通密度B 。2 5 4 4 0 r o T ( 4 k A m )3 3
7、 0m T ( 2 k A m )4 1 0m T ( 4 k A m )比损耗因子 ( 1 0 。)2 53 l ( 1 M H z )1 5 ( O 5 M H z ) t a n6 u i温度系数Q “ i r2 0 6 0 ( 1 0 南)1 61 5 2 52 0居里温度T c( ) 2 6 0 1 5 0 2 0 03 2 磁芯材料重点技术研究( 1 ) 配方。N i Z n 铁氧体材料的磁导率、饱和磁通密度、损耗、居里温度等参数是材料的本征参数，受工艺影响比较小，主要有配方决定，尖晶石铁氧体的分子式为A B 2 0 4 ，其分子磁矩由B 位与A 位磁矩差决定，所以主配方对材料的主
8、要参数影响非常大。通过大量实验，我们得出F e ，O g Z n O 与材料B 。曲线图及Z n O 含量对材料磁导率及居里温度的影响，如图5 、6 、7 ，依据实验规律，按摩尔比F e 2 0 3 ：N i O ：Z n O C U O = 4 8 ：2 2 ：2 4 ：6 配方。( 2 ) 掺杂。研究发现，添加B i 2 0 3 杂质可以有效地提高材料的截至频率、减小高频损耗、改善材料的O 值，降低材料的烧结温度，B i 2 0 3 的加入，可使材料内部形成了多孔细晶粒结构，减少了材料内F e 2 + 的含量，使材料p 值升高，达到减小高频损耗的目的，在T N 3 0 H 材料制备中，我们
9、主要加入了O 0 8 w t 的B i 2 0 3 ，另外添加了0 0 5 w t 的M 0 0 3 。( 3 ) 烧结。采用低温烧结技术，主要通过加入适量的B i 2 0 3 ，B j 2 0 3 熔点为8 0 0 左右，在烧结过程中有助于促进杂质离子从主晶相到晶界区迁移，能将材料烧结温度降至1 1 0 0 左右。其降温机理为：在烧结过程中，B i 2 0 3 与材料中的C u O 、F e 2 0 3 、Z n O 、N i 2 0 3组成共熔，形成低共熔点化合物，同时，B i 3 十迅速和其它离子形成稳定的另相化合物B i F e。O | 5 1 ( 6 2 ) ，阻碍晶粒进一步生长，当
10、B i 3 + 全部参与反应生成另相时，液相消失，晶粒近于停止生长，从而降低材料的烧结温度。另外在烧结过程中有效控制了另相偏析，提高了材料的电阻率。铁氧体工作在高频情况下时，涡流损耗不容忽视，偏析是指铁氧体材料在快速降温时，C u 从晶格中析出，富集到品界，一方面可以控制配方的偏离，减小内应力，另一方面又可以提高晶界的电阻率，。从而提高材料的电阻率。( 4 ) 用S Y 8 2 3 2 B H 分析仪测试样品的B s T 、B r - T 、H 。- T 曲线，4 3 9 5 A 测1 M H z - 2 0 M H z的高频磁特性，H P 4 2 8 4 L C R 仪测量材料I Ii T
11、曲线，见图8 ：对样品中占据四面体和八面体位置上的N i 和C u 离子相对含量进行了分析，结果如表2 ，通过分析可知，C u 2 + 离子倾向于占据八面体位( B 位) 。由于晶场的作用，位于八面体B 位的c u 2 十离子产生能级分裂，同时改变了C u 2 + 离子核外电子云的分布，造成C u 2 + 离子周围的点阵发生畸变，正八面体畸变位沿Z 轴方向伸长或缩短的八面体，增大材料的应力各项异性，导致材料u 值有所降低，所以材料中C u O 含量应酌情添加；对C u 和N iK 边X 射线吸收精细结构进行了拟合，结果见图3 、4 ；用S E M 扫描电镜观察样品的微观结构，T N 3 0 H
12、 材料的S E M 图见图9 。表2T N 3 0 H 材料样品中占据四面体和八面体位置上的N i 和C u 离子相对含量N i C u Z n 铁氧体中N i 和C u 位置N i ( 0 1 )一C u ( 0 1 呦四面体位置八面体位置四面体位置八面体位置1 0 4 8 9 6 3 6 7 6 3 3 2、- 一 鼍 邑KnYI - - - u T N 3 0 H 材料C u 和N iK 边X 射线吸收精细结构实验数据和拟合结果如下：卫、_ ，Kj 4k ( A 1 ) 81 2。4k ( A - 1 )8or ( A ) 4 8图3T N 3 0 H 材料C u 边k 、F t 图2
13、0 3YNnYF L Lor ( A ) 4 ，8图4T N 3 0 H 材料N i 边k 、F t 图图5F e 2 0 3 z n o 与B 。的关系图图6Z n O 含量与材料i 的关系图图7Z n O 含量与材料T c 的关系图图8T N 3 0 H 材料性能曲线图图9T N 3 0 H 材料的S E M 图4 结论( 1 ) 选用高性能N i Z n 铁氧体T N 3 0 H 材料，制成D R U M 结构磁芯，线圈可以直接绕在C O R E 上，可减小触发线圈体积：同样的电感量和变比，耦荷率比较高，因此比较低的触发电压可以达到良好的效果；( 2 ) 直接在D R U M C O R E 上绕线，可减少电磁干扰( E M I ) ：( 3 ) 采用上下电极的S M D 结构，大大提高了产品的可靠性。
