磁珠在開關電源EMC設計中的應用
鐵氧體電磁干擾抑制元件
鐵氧體是一種立方晶格結構的亞鐵磁性材料。它的制造工藝和機械性能與陶瓷相似,顏色為灰黑色。電磁干擾濾波器中經常使用的一類磁芯就是鐵氧體材料,許多廠商都提供專門用于電磁干擾抑制的鐵氧體材料。這種材料的特點是高頻損耗非常大。對于抑制電磁干擾用的鐵氧體,重要的性能參數為磁導率μ和飽和磁通密度Bs。磁導率μ可以表示為復數,實數部分構成電感,虛數部分代表損耗,隨著頻率的增加而增加。因此,它的等效電路為由電感L和電阻R組成的串聯電路,L和R都是頻率的函數。當導線穿過這種鐵氧體磁芯時,所構成的電感阻抗在形式上是隨著頻率的升高而增加,但是在不同頻率時其機理是*不同的。
在低頻段,阻抗由電感的感抗構成,低頻時R很小,磁芯的磁導率較高,因此電感量較大,L起主要作用,電磁干擾被反射而受到抑制;并且這時磁芯的損耗較小,整個器件是一個低損耗、高Q特性的電感,這種電感容易造成諧振因此在低頻段,有時可能出現使用鐵氧體磁珠后干擾增強的現象。
在高頻段,阻抗由電阻成分構成,隨著頻率升高,磁芯的磁導率降低,導致電感的電感量減小,感抗成分減小 但是,這時磁芯的損耗增加,電阻成分增加,導致總的阻抗增加,當高頻信號通過鐵氧體時,電磁干擾被吸收并轉換成熱能的形式耗散掉。
鐵氧體抑制元件廣泛應用于印制電路板、電源線和數據線上。如在印制板的電源線入口端加上鐵氧體抑制元件,就可以濾除高頻干擾。鐵氧體磁環或磁珠于抑制信號線、電源線上的高頻干擾和尖峰干擾,它也具有吸收靜電放電脈沖干擾的能力。
2 磁珠的原理和特性
當電流流過其中心孔中的導線時,便會是磁珠內部產生循環流動的磁道。用于EMI控制的鐵氧體配制時,應當可以把大部分磁通作為材料中的熱散掉。這個現象可以由一個電感器和一個電阻器的串聯組合來模擬。如圖2所示
兩個元件的數值大小與磁珠的長度成正比,而且磁珠的長度對抑制效果有明顯影響,磁珠長度越長抑制效果越好。由于信號能量呈磁耦合加到磁珠上,故電感器的電抗與電阻的大小隨頻率的升高而增大。磁耦合的效率取決于磁珠材料相對于空氣的導磁率。通常組成磁珠的鐵氧體材料的損耗可以通過其相對于空氣的導磁率,表示成一個復數量。
磁性材料常常用由此比值 表征出損耗角 。用于EMI抑制元件要求較大的損耗角,這意味著大部分干擾都將被耗散而不被反射。目前出現的各種各樣的可用鐵氧體材料,為設計人員將磁珠用于不同場合提供了很大的選擇余地。
3磁珠的應用