磁性材料在EMI濾波器中的應用

2 共模電感磁芯
EMI濾波器需要抑制的頻率范圍通常在10kHz～50 MHz之間。為了使共模濾波電路在此頻率范圍內都能提供適當?shù)乃p，磁芯在此頻率范圍內的阻抗必須都要很高。共模磁芯的總阻抗(Zs)由串聯(lián)感性阻抗(Xs)和串聯(lián)阻性阻抗(Rs)兩部分組成。在低頻部分，磁芯阻抗主要以感性阻抗為主，隨著頻率的增加，阻性阻抗逐步增加，漸漸起主要作用，圖2所示是頻率與阻抗的關系曲線。圖中，兩種阻抗的結合，可使磁芯在此全頻范圍內提供合適的總阻抗(Zs)。

共模電感線圈如圖l中Lcl，Lc2是繞在一只磁芯上的兩組獨立的線圈，所繞圈數(shù)相同，繞向相反。這樣，當EMI濾波器接入電路后，兩組線圈產生的磁通在磁芯中將相互抵消，故不會使磁芯飽和。對于干擾信號而言，共模磁芯一般工作在低磁場區(qū)域，所以，共模濾波電感選用的磁性材料要求具有較高的初始磁導率μi。如果只針對濾波器的插入損耗這一指標，則初始磁導率μi越高，濾波電路呈現(xiàn)的感抗就越大，所得到的插入損耗指標就越好。但在整個電路中，還要綜合考慮磁性材料在電路中的其它特性，如頻率阻抗特性、居里溫度、磁材的形狀等等。μi值不同的各種磁性材料，在不同頻率下的阻抗特性也不一樣，故要根據(jù)所需要的頻率范圍來選取合適μi值的磁性材料。圖3所示是不同類型的高μi軟磁材料在同樣條件下的頻率與阻抗關系曲線，該曲線反映出電感磁芯的插入損耗變化趨勢。其它的性能參數(shù)(如電感值、體電阻等)如表1所列。

在圖3中，曲線IV是外國專門用于抗共模干擾用的電感磁芯(Mn-Zn鐵氧體PC40)所呈現(xiàn)的阻抗特性，曲線Ⅲ是國產鐵氧體(R4 KB)的阻抗特性。在低頻段(100 Hz～10 kHz)，由于材料本身電阻率高，交流等效電阻小，電路中感抗起了主要作用，說明鐵氧體材料在這個頻段內對干擾信號的抑制作用較小。超微晶(曲線Ⅱ)和金屬磁性材料薄膜合金1J851(曲線I)材料由于材料本身的電阻率比較低，隨頻率增加時，其渦流損耗也增加，其等效阻抗Z比鐵氧體大得多。在10～100 kHz的頻段內，四種材料的Z都在增加，只是鐵氧體材料的變化斜率要比超微晶(曲線Ⅱ)和金屬磁性材料薄膜合金1J851更陡，說明在這一頻段內，它們對干擾信號的抑制都在不斷地增強。