鐵氧體(鐵氧體磁環(huán)-鐵氧體磁珠)在抑制電磁干擾(emi)中的應(yīng)用

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1、鐵氧體(鐵氧體磁環(huán)-鐵氧體磁珠)在抑制電磁干擾(EMI)中的應(yīng)用用鐵氧體磁性材料抑制電磁干擾（ＥＭＩ）是經(jīng)濟(jì)簡便而有效的方法，已廣泛應(yīng)用于計算機(jī)等各種軍用或民用電子設(shè)備。那么什么是鐵氧體呢？如何選擇，怎樣使用鐵氧體元件呢？這篇文章將對這些問題作一簡要介紹?！　∫?、什么是鐵氧體抑制元件　　鐵氧體是一種立方晶格結(jié)構(gòu)的亞鐵磁性材料，它的制造工藝和機(jī)械性能與陶瓷相似。但顏色為黑灰色，故又稱黑磁或磁性瓷。鐵氧體的分子結(jié)構(gòu)為ＭＯ·Ｆe2Ｏ3，其中ＭＯ為金屬氧化物，通常是ＭnＯ或ZnＯ?！　『饬胯F氧體磁性材料磁性能的參數(shù)有磁導(dǎo)率μ，飽和磁通密度Ｂs，剩磁Ｂr和矯頑力Ｈc等?！　τ谝种?/p>

2、用鐵氧體材料，磁導(dǎo)率μ和飽和磁通密度Ｂs是最重要的磁性參數(shù)。磁導(dǎo)率定義為磁通密度隨磁場強(qiáng)度的變化率。μ＝△Ｂ／△Ｈ　　對于一種磁性材料來說，磁導(dǎo)率不是一個常數(shù)，它與磁場的大小、頻率的高低有關(guān)。當(dāng)鐵氧體受到一個外磁場Ｈ作用時，例如當(dāng)電流流經(jīng)繞在鐵氧體磁環(huán)上的線圈時，鐵氧體磁環(huán)被磁化。隨著磁場Ｈ的增加，磁通密度Ｂ增加。當(dāng)磁場Ｈ場加到一定值時，Ｂ值趨于平穩(wěn)。這時稱作飽和。對于軟磁材料，飽和磁場Ｈ只有十分之幾到幾個奧斯特。隨著飽和的接近，鐵氧體的磁導(dǎo)率迅速下降并接近于空氣的導(dǎo)磁率(相對磁導(dǎo)率為１）如圖１所示。圖1鐵氧體的B-H曲線　　鐵氧體的磁導(dǎo)率可以表示為復(fù)數(shù)。實數(shù)部分μ'代表

3、無功磁導(dǎo)率，它構(gòu)成磁性材料的電感。虛數(shù)部分μ"代表損耗，如圖２所示?！　??????????????????μ＝μ'－jμ"圖2鐵氧體的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率　　磁導(dǎo)率與頻率的關(guān)系如圖３所示。在一定的頻率范圍內(nèi)μ'值（在某一磁場下的磁導(dǎo)率）保持不變，然后隨頻率的升高磁導(dǎo)率μ'有一最大值。頻率再增加時，μ'迅速下降。代表材料損耗的虛數(shù)磁導(dǎo)率μ"在低頻時數(shù)值較小，隨著頻率增加，材料的損耗增加，μ"增加。如圖３所示，圖中tanδ=μ"/μ'圖3鐵氧體磁導(dǎo)率與頻率的關(guān)系圖4鐵氧體抑制元件的等效電路（a）和阻抗矢量圖（b）二、鐵氧體抑制元件的阻抗和插入損耗　　當(dāng)鐵氧體元件用在交流電路時，鐵氧體

4、元件是一個有損耗的電感器，它的等效電路可視為由電感Ｌ和損耗電阻Ｒ組成的串聯(lián)電路，如圖４所示。　　鐵氧體元件的等效阻抗Ｚ是頻率的函數(shù)Z(f)=R(f)+jωL(f)=Kωμ"(f)+jKωμ'(f)　　式中：Ｋ是一個常數(shù)，與磁芯尺寸和匝數(shù)有關(guān)，ω為角頻率?！　p耗電阻Ｒ和感抗jωＬ都是頻率的函數(shù)，圖５是材料８５０磁珠的阻抗、感抗和電阻與頻率的關(guān)系。在低頻端（<１０ＭＨｚ）阻抗小于１０Ω，隨著頻率的增加，由于電阻分量增加，使阻抗增加，電阻逐漸成為主要部分。在頻率超過１００ＭＨｚ時，磁珠的阻抗將大于１００Ω。這樣就構(gòu)成一個低通濾波器，使高頻噪音信號有大的衰減，而對低頻有用信號的

5、阻抗可以忽略，不影響電路的正常工作。這種濾波器優(yōu)于普通純電抗濾波器。后者會產(chǎn)生諧振，造成新的干擾，而鐵氧體磁珠則沒有這種現(xiàn)象。圖5鐵氧體的阻抗與頻率的關(guān)系　　鐵氧體抑制元件應(yīng)用時的等效電路如圖６所示。圖中Ｚ為抑制元件的阻抗，Ｚs和ＺＬ分別為源阻抗和負(fù)載阻抗，Ｚ為鐵氧體抑制元件的阻抗。　　通常用插入損耗表示抑制元件對ＥＭＩ信號的衰減能力。器件的插入損耗越大，表示器件對ＥＭＩ噪音抑制能力越強(qiáng)。圖6鐵氧體抑制元件應(yīng)用電路插入損耗的定義為式中：Ｐ１、Ｖ１分別為抑制元件接入前，負(fù)載上的功率和電壓。Ｐ２、Ｖ２分別為抑制元件接入后，負(fù)載上的功率和電壓。插入損耗和抑制元件的阻抗有如下關(guān)系

6、：　　由上式可見，在源阻抗和負(fù)載阻抗一定時抑制元件的阻抗越大，抑制效果越好。由于抑制元件的阻抗是頻率的函數(shù)，所以插入損耗也是頻率的函數(shù)。抑制元件的阻抗包括感抗和電阻部分，兩部分對插入損耗都有貢獻(xiàn)。在低頻時，鐵氧體的μ"的值較小，損耗電阻較小，主要是感抗起作用。在高頻端，鐵氧體的μ'值開始下降，而μ"值增大，所以損耗起主要作用。低頻時，ＥＭＩ信號被反射而受到抑制，在高頻端，ＥＭＩ信號被吸收并轉(zhuǎn)換成熱能。三、鐵氧體抑制元件的應(yīng)用　　鐵氧體抑制元件廣泛應(yīng)用于ＰＣＢ，電源線和數(shù)據(jù)線上。１、鐵氧體抑制元件在ＰＣＢ上的應(yīng)用　?。牛停稍O(shè)計的首要方法是抑源法，即在ＰＣＢ上的ＥＭＩ源將ＥＭ

7、Ｉ抑制掉。這個設(shè)計思想是將噪音限制在小的區(qū)域，避免高頻噪音耦合到其他電路，而這些電路通過連線可能產(chǎn)生更強(qiáng)的輻射?！　。校茫律系模牛停稍磥碜灾芷陂_關(guān)的數(shù)字電路。其高頻電流在電源線和地之間產(chǎn)生一個共模電壓降，造成共模干擾。電源線或信號線會將ＩＣ開關(guān)的高頻噪聲傳導(dǎo)或輻射出去?！　≡陔娫淳€和地之間加一個去耦電容，使高頻噪音短路，但是去耦電容常常會引起高頻諧振，造成新的干擾。在電路板的電源進(jìn)口加上鐵氧抑制磁珠會有效的將高頻噪音衰減掉。２、鐵氧體抑制元件在電源線上的應(yīng)用　　電源線會把外界電網(wǎng)的干擾、開關(guān)電源的噪音傳到主機(jī)。在電源的出口和Ｐ