The electromagnetic properties and thermal behavior of Mn-Zn ferrite cores for the blocking filter of Power Line Communication(PLC) application were investigated as a function of additives. The highest density and permeability were 4.98 g/$\textrm{cm}^2$ and 8,221, respectively and were obtained to the specimen with composition of MnO 24 mol%, ZnO 25 mol% and Fe$_2$O$_3$ mol%, added MoO$_3$ of 400 ppm, SiO$_2$ of 100 ppm, and CaO of 200 ppm. The uniform grains were organized, and the microstructures were densified due to reduction of pores in the specimen. The permeability was increased up to 13,904 as the temperature of specimen increased to 110$^{\circ}C$. However, it was decreased precipitously under 100 over 110$^{\circ}C$. The exothermic behavior was observed in the frequency range from 1 kHz to 1 MHz, and the maximum temperature of specimen was 102$^{\circ}C$ at 1 MHz. In the consequence, the Mn-Zn ferrite core developed in this research will maintain the stable electromagnetic properties since the temperature of ferrite core rose to 93$^{\circ}C$ in the range of 100 kHz to 450 kHz bandwidth qualified for PLC. The blocking filters were designed for single phase and three phases using the in-line and non-contact core. The best attenuation ratios of -46.46 dB and -73.9 dB were measured in the range of 100 kHz to 450 kHz bandwidth, respectively.
전력선 통신 blocking filter용 자심 재료를 개발하기 위해서 MnO 24 mol%, ZnO 25 mol% and $Fe_{2}O_{3}$ 51 mol% 의 기본조성에 $MoO_{3}$, $SiO_{2}$, CaO를 첨가하여 $1350^{\circ}C$에서 대기압 상수 A를 7.8롤 고정하고 소결하여 미세구조를 제어하였으며 기본 조성에 $MoO_{3}$ 400 ppm, $SiO_{2}$ 100 ppm and CaO 200 ppm을 첨가한 경우 평균 입경 $25{\mu}m$ 의 균일한 결정립으로 구성된 미세구조를 얻었고 기공의 감소에 의한 치밀화로 $4.98g/cm^{2}$의 고밀도화가 이루어 졌다. 또한 소결체의 균일한 미세구조와 고밀도화로 인해서 8221(${25^{\circ}C}$, 1 KHz) 의 가장 높은 투자율 특성을 나타냈다. 시편의 온도가 증가함에 따라 투자율이 증가되어 ${110^{\circ}C}$에서 13904의 거대 투자융이 측정되었고, 코일의 인가주파수가 1 KHz에서 1 MHz까지 증가됨에 따라 최고 ${102^{\circ}C}$까지 시편 온도가 상승하였다. 가장 높은 투자율 특성을 나타낸 ferrite 코어를 사용하여 단상 및 3상용 블로킹 필터의 감쇄율을 측정한 결과 현재 국내의 전력선 통신용 주파수 대역으로 규정되어 있는 10 KHz ~ 450 KHz 대역에서 각각 -46.46 dB와 -73.9 dB의 최고 값을 얻었다.
MoO$_3$의 첨가가 Mn-Zn ferrites의 투자율에 미치는 효과를 고찰하였다. 하소 후 분쇄과정에서 MoO$_3$를 각각 600 ppm, 800ppm, 1,000pp으로 첨가하였다. 소결은 135$0^{\circ}C$에서 3시간 동안 수행하였으며 냉각시 산소분압을 조절하였다. 승온속도를 분당 5$^{\circ}C$로 했을 경우 MoO$_3$를 첨가하지 않은 시편의 경우 8,000정도의 초기투자율 값을 나타내었고 MoO$_3$를 600 ppm, 800 ppm 첨가한 시편에서는 초기투자율의 값이 13,200, 13,550으로 증가하였다. 그러나 1,000 ppm 첨가한 경우에는 1,00$\mu\textrm{m}$ 이상의 과대입성장이 관찰되었으며 초기투자율 값 또한 감소하였다. 반면에 승온속도를 분당 1$0^{\circ}C$로 변화한 시편의 경우 MoO$_3$첨가량이 1,000ppm일 때 과대입성장이 관찰되지 않았고 초기투자율이 15,000 이상의 높은 값을 나타내었다.
다중 코어를 이용한 대전류 변압기용 Mn-Zn ferrite를 제조하고 전자기적 특성을 분석하였으며, 제조된 자심재료를 이용하여 변압기를 제조하고 전원장치에 탑재하여 효율특성을 분석하였다. ZnO의 몰비가 증가할수록 혼합 스피넬의 형성을 통한 보아 자자의 증가로 인해 투자율은 증가하고 상대적으로 전력손실이 감소하여 $Fe_2O_3$ : MnO : ZnO = 53 : 36 : 11 mo\% 일 때 가장 우수한 특성을 나타냈고, 열처리 공정의 승온 과정에서부터 산소 분압을 제어하고 최적의 대기압 상수를 산출함으로써 Zn-loss 현상을 최소화하여 ZnO 11 mol%, 대기압 상수 7.7일 때 투자율 2350, 밀도 4.9 $g/cm^3$, 비저항 480 ${\Omega}cm$, 300 mT의 최대 자속 밀도 특성을 갖는 우수한 자심 재료를 개발하였다. 그리고 최소 손실 온도를 $90^{\circ}C$ 이하로 감소시켰으며 100 kHz에서 250 $kW/m^3$의 낮은 전력손실을 나타냈다. 또한 개발된 자심재료를 이용하여 제조된 전원장치는 30~80A의 출력 전류에서 85% 이상의 고효율을 얻었다.
본 연구에서는 전파흡수체용 ferrite-Rubber Composite에서 Ferrite의 열처리 온도와 Composite의 전파흡수특성과의 상관관계에 관하여 알아보았다. 이때 Ferrite는 스피넬 구조의 형성과 결정입의 비교적 큰 성장을 위하여 1100, 1200, 1300 $^{\circ}C$에서 각각 2시간 열처리 처리하였다. 열처리 온도를 달리하여 제조한 Ferrite-Rubber Composite는 A가 Mn인 경우에는 열처리 온도가 높을수록 반사감쇠량이 작아지는 경향을 보였다. 그러나 A가 Cu와 Mg인 경우 열처리 은도가 높을수록 페라이트의 반사감쇠량이 커지는 경향을 보였다. 이로부터 전파흡수체용 Ferrite는 화학조성에 따라서 적정 열처리 온도가 존재함을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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