磁粉芯在高性能EMI濾波器中的應(yīng)用介紹

例如：對(duì)于每種濾波器而言，衰減量達(dá)到最大（增益達(dá)到最小值）的原因都是由于電容器與其引線電感發(fā)生諧振所造成的。對(duì)于單級(jí)濾波器，這一點(diǎn)發(fā)生在175kHz。所以盡量縮短電容器引線長(zhǎng)度的重要性是非常明顯的。隨著頻率從175kHz增加，衰減又開始減少（增益增加），這是因?yàn)橐€電感阻礙了每只電容器返回電流的流動(dòng)。

另一個(gè)重要的結(jié)果是，雙級(jí)濾波器在20kHz頻率點(diǎn)下，具有最低的衰減（最高的增益）。從理論計(jì)算，雙級(jí)濾波器應(yīng)該視同于2個(gè)單級(jí)濾波器在14.6kHz頻率點(diǎn)上的效果，但是由于電容C1，電感L2和電容C3的阻尼效果，所以頻率點(diǎn)變到了20kHz。在20kHz頻率點(diǎn)，產(chǎn)生了大約30dB的衰減。超過(guò)這個(gè)頻率點(diǎn)之后，雙級(jí)濾波器的增益衰減在60kHz,比單級(jí)濾波器還要低20dB。

最后還可以注意到，雙級(jí)濾波器在300kHz到1MHz范圍內(nèi)，增益衰減都比單段濾波器大10dB。附加電感和電容減少了電容引線的電感效果。在美國(guó)，因?yàn)闊o(wú)線電調(diào)幅AM波段是在540kHz到1.6MHz之間，這樣對(duì)于改善此波段內(nèi)的濾波器性能，非常有利。

上述濾波器測(cè)試條件為，將電容器側(cè)作為輸入或參考通道，將電感器側(cè)作為測(cè)試通道。通過(guò)觀察可以看到，頻率響應(yīng)特性在上述測(cè)試連接方式和采用電感器側(cè)連接到參考通道，將電容器連接到測(cè)試通道的結(jié)果是相似的。因此，上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果也適用于電感器輸入型電路。

3電源濾波器

濾波器通常用于電路或一部分電路以防止電磁干擾（EMI）。不設(shè)濾波器則無(wú)用的電信號(hào)將會(huì)沿著電源線或共用母線傳導(dǎo)引起EMI，而傳導(dǎo)干擾也能繼發(fā)射頻干擾（RFI），這是因?yàn)殡娫淳€對(duì)于高頻則是一天線。濾波器的作用就是防止在供電的同時(shí)將電噪聲傳導(dǎo)到電力線上。

　　對(duì)于那些連接到公用電上的電子、電器設(shè)備而言，各國(guó)政府機(jī)構(gòu)都對(duì)特定的頻率范圍內(nèi)所允許的最大傳導(dǎo)噪聲電壓有具體的規(guī)定。比如，美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)（FCC）就規(guī)定，在450kHz到30MHz頻段內(nèi)的無(wú)線電射頻干擾，應(yīng)限制在48dBμV（250μV）以下。這種規(guī)定的目的就是要防止射頻干擾對(duì)公共電子設(shè)施，如無(wú)線電、電視機(jī)、電話機(jī)等的干擾。

在電子系統(tǒng)中對(duì)電源輸出端噪聲的限制，要由其負(fù)載的需要決定。在大多數(shù)情況下，噪聲的濾除是由前述的濾波元件（電感器和電容器）來(lái)完成的，由它們抑制輸出電壓的脈動(dòng)。為了抑制電源輸出端的EMI，有時(shí)設(shè)計(jì)二級(jí)濾波。

在含有開關(guān)器件的設(shè)備中，比如開關(guān)電源的功率晶體管和二極管，都需要在電源輸入端加裝EMI濾波器。在電路中電流的突然變化會(huì)導(dǎo)致電壓的短暫升高（或稱電壓尖峰），這個(gè)電壓尖峰既施加在輸入導(dǎo)體之間，也施加在導(dǎo)體與地線之間。

在輸入導(dǎo)線之間的EMI電壓稱之為差模噪聲。導(dǎo)線對(duì)接地端的噪聲稱之為共模噪聲。對(duì)于抑制共模噪聲的電感器，需要在一個(gè)磁芯上繞制兩組電流方向相反的導(dǎo)線，并使用高磁導(dǎo)率的磁芯。

相反，對(duì)于抑制差模噪聲的電感器，則要求磁芯材料在偏磁場(chǎng)下仍然能夠保持磁導(dǎo)率指標(biāo)。圖8中，標(biāo)出了流經(jīng)電感器的電流I，電壓V和磁芯中的磁場(chǎng)強(qiáng)度曲線，并且畫出了差模濾波器和共模濾波器在開關(guān)電源中的應(yīng)用線路圖。在輸入端，可以是交流輸入（如市電），也可以是電池供電（如48V，用于電信設(shè)備中）。當(dāng)電池供電時(shí)，磁化電流是恒定的直流電。對(duì)于高功率因數(shù)的交流電系統(tǒng)，磁化電流接近正弦波波形。而低功率因數(shù)的交流電系統(tǒng)，其磁化電流則由一系列的交變脈沖疊加組成。

三種磁粉芯材料（鐵鎳鉬MPP，鐵鎳HF和鐵硅鋁SUPERMSS）最適合用于差模濾波器中的電感（有時(shí)這種電感也稱之為“串模電感”或“扼流圈”）。原因是這三種磁粉芯材料在偏磁場(chǎng)下具有極好的電感量保持能力。鐵鎳50％HF高磁通磁粉芯（美國(guó)阿諾公司注冊(cè)商標(biāo)Hi－FluxTM），特別適合用于高磁通密度工作條件。為了便于比較，圖9標(biāo)明了三種不同材料磁粉芯在直流偏磁場(chǎng)下的磁導(dǎo)率變化曲線。

圖8典型的EMI濾波器電路配置和差模電感器上的電壓，電流以及磁滯回線

(a)電路(b)磁滯回線(c)電感器上電壓、電流

圖9磁導(dǎo)率與DC直流偏磁關(guān)系曲線

圖10磁芯損耗與磁通密度關(guān)系曲線