磁性材料在EMI滤波器中的应用

2 共模电感磁芯
EMI滤波器需要抑制的频率范围通常在10kHz～50 MHz之间。为了使共模滤波电路在此频率范围内都能提供适当的衰减，磁芯在此频率范围内的阻抗必须都要很高。共模磁芯的总阻抗(Zs)由串联感性阻抗(Xs)和串联阻性阻抗(Rs)两部分组成。在低频部分，磁芯阻抗主要以感性阻抗为主，随着频率的增加，阻性阻抗逐步增加，渐渐起主要作用，图2所示是频率与阻抗的关系曲线。图中，两种阻抗的结合，可使磁芯在此全频范围内提供合适的总阻抗(Zs)。

共模电感线圈如图l中Lcl，Lc2是绕在一只磁芯上的两组独立的线圈，所绕圈数相同，绕向相反。这样，当EMI滤波器接入电路后，两组线圈产生的磁通在磁芯中将相互抵消，故不会使磁芯饱和。对于干扰信号而言，共模磁芯一般工作在低磁场区域，所以，共模滤波电感选用的磁性材料要求具有较高的初始磁导率μi。如果只针对滤波器的插入损耗这一指标，则初始磁导率μi越高，滤波电路呈现的感抗就越大，所得到的插入损耗指标就越好。但在整个电路中，还要综合考虑磁性材料在电路中的其它特性，如频率阻抗特性、居里温度、磁材的形状等等。μi值不同的各种磁性材料，在不同频率下的阻抗特性也不一样，故要根据所需要的频率范围来选取合适μi值的磁性材料。图3所示是不同类型的高μi软磁材料在同样条件下的频率与阻抗关系曲线，该曲线反映出电感磁芯的插入损耗变化趋势。其它的性能参数(如电感值、体电阻等)如表1所列。

在图3中，曲线IV是外国专门用于抗共模干扰用的电感磁芯(Mn-Zn铁氧体PC40)所呈现的阻抗特性，曲线Ⅲ是国产铁氧体(R4 KB)的阻抗特性。在低频段(100 Hz～10 kHz)，由于材料本身电阻率高，交流等效电阻小，电路中感抗起了主要作用，说明铁氧体材料在这个频段内对干扰信号的抑制作用较小。超微晶(曲线Ⅱ)和金属磁性材料薄膜合金1J851(曲线I)材料由于材料本身的电阻率比较低，随频率增加时，其涡流损耗也增加，其等效阻抗Z比铁氧体大得多。在10～100 kHz的频段内，四种材料的Z都在增加，只是铁氧体材料的变化斜率要比超微晶(曲线Ⅱ)和金属磁性材料薄膜合金1J851更陡，说明在这一频段内，它们对干扰信号的抑制都在不断地增强。