磁粉芯在高性能EMI濾波器中的應(yīng)用介紹

圖9中的曲線(xiàn)是對(duì)三種不同材料的磁粉芯，在相同尺寸，相同磁導(dǎo)率，單級(jí)濾波器電路中測(cè)試得到的數(shù)據(jù)而繪出的。磁芯分別為鐵鎳鉬MPP磁粉芯（A－291061－2）；鐵鎳50％HF合金（HF－130060－2）；和鐵硅鋁SUPERMSS合金（MS－130060－2），尺寸均為外徑33.02mm×內(nèi)徑19.94mm×高度10.67mm，磁導(dǎo)率相同（60）。由圖9可知三種材料的磁導(dǎo)率隨直流偏磁的增大而減小。

所謂“完全繞線(xiàn)磁芯”，指繞線(xiàn)后的磁芯，漆包線(xiàn)繞線(xiàn)厚度正好達(dá)到磁芯原來(lái)內(nèi)徑的一半位置。通常，在生產(chǎn)工藝中，需要考慮使繞線(xiàn)機(jī)上的線(xiàn)鉤或線(xiàn)梭在繞制最后一圈漆包線(xiàn)時(shí)，還可以有足夠的空間。在本實(shí)例中，電感量為1.9mH，這個(gè)電感量數(shù)值是典型的線(xiàn)路濾波所需要的電感量。一般而言，濾波電感的電感量選擇范圍在幾個(gè)μH到幾個(gè)mH之間。

在工頻下，要求磁芯損耗低，以便充分發(fā)揮磁芯材料的高飽和磁通密度性能。圖10是對(duì)高磁通鐵鎳50HF磁粉芯測(cè)試結(jié)果而繪制的曲線(xiàn)。由于高磁通鐵鎳50HF磁粉芯有高的損耗，所以可以用在工作條件最?lèi)毫拥那闆r。在400Hz，9000Gs磁通密度下，它的磁芯損耗為200mW/cm3。在50Hz或60Hz下工作，磁通密度的使用上限要根據(jù)磁芯磁導(dǎo)率變化的大小確定，具體可參見(jiàn)圖11。

另外一個(gè)需要重點(diǎn)考慮的因素是，電感量會(huì)隨頻率變化而變化。圖12，圖13和圖14所示的是，三種不同磁粉芯材料（MPP，HF和SUPERMSS）繞制的電感器（采用單層繞線(xiàn)，電感量為60μH），它們各自的等效電感、等效串聯(lián)電阻、等效阻抗與頻率的關(guān)系曲線(xiàn)。

從圖12可看到，高磁通鐵鎳HF磁粉芯的等效串聯(lián)電感值隨頻率增加而跌落，這是由于其磁導(dǎo)率下

圖11磁通密度與磁導(dǎo)率的關(guān)系曲線(xiàn)

圖12等效串聯(lián)電感和頻率的關(guān)系曲線(xiàn)（單層繞線(xiàn)條件下）

圖13等效串聯(lián)電阻與頻率的關(guān)系曲線(xiàn)（單層繞線(xiàn)條件下）

圖14阻抗與頻率的關(guān)系曲線(xiàn)（單層繞線(xiàn)條件下）

圖15等效串聯(lián)電感/電阻和頻率的關(guān)系曲線(xiàn)（100kHz1MHz）

圖16阻抗與頻率的關(guān)系曲線(xiàn)（100kHz1MHz）

圖17單層和完全繞線(xiàn)設(shè)計(jì)情況下等效串聯(lián)

圖18單層和完全繞線(xiàn)設(shè)計(jì)情況下阻抗與頻率的關(guān)系曲線(xiàn)

降所致。其根本原因在于頻率增高后渦流損耗隨之增大所造成的。正如前所述，在高頻下的損耗對(duì)濾波器來(lái)說(shuō)是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，這是因?yàn)檫@個(gè)損耗對(duì)阻尼衰減提供了附加的穩(wěn)定因素。圖15是對(duì)圖12和圖13、圖16是對(duì)圖14在100kHz到1MHz范圍內(nèi)的曲線(xiàn)進(jìn)行的局部放大圖，以便更清楚地看到三種磁粉芯的串聯(lián)等效電感和等效電阻及等效阻抗隨頻率變化的趨勢(shì)?？梢院苊黠@地看到，鐵硅鋁SUPERMSS在高頻下的渦流損耗是最低的，所以它的電感量（磁導(dǎo)率）和電阻都是變化最小的或基本不變的。

最后，看一下電感器的分布電容（對(duì)單層和多層繞線(xiàn)做比較）與頻率的關(guān)系曲線(xiàn)，見(jiàn)圖17和圖18。從圖中看到，超過(guò)1.6MHz之后，這個(gè)雜散電容確實(shí)使成本高的多層電感器的阻抗比成本較低的單層電感器的阻抗要低。

4結(jié)語(yǔ)

三種磁粉芯材料都非常適合用于電源濾波。高磁通鐵鎳50％HF磁粉芯的性能最好，因?yàn)樗诟唢柡痛磐芏认戮哂斜３蛛姼辛康哪芰?，同時(shí)它還提供在高頻下所需要的阻尼衰減功能。

另外一個(gè)需要重點(diǎn)考慮的因素是，由于磁性材料本身所具有的磁致伸縮所產(chǎn)生的音頻噪聲。而高磁通HF鐵鎳50％磁粉芯在50Hz或60Hz下，會(huì)產(chǎn)生音頻噪聲（嗡嗡聲）。當(dāng)然，直流磁化電流不會(huì)產(chǎn)生音頻噪聲，所以它最適合用作電池供電的電源系統(tǒng)中輸入濾波電感。

鐵鎳鉬MPP磁粉芯和鐵硅鋁SUPERMSS磁粉芯都具有特別低的磁致伸縮系數(shù)，它們都不會(huì)產(chǎn)生音頻噪聲。鐵鎳鉬MPP磁粉芯在直流偏磁場(chǎng)下的磁導(dǎo)率變化量最小，這是它的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。由于50Hz或60Hz交流電與音頻頻率相比幾乎可以認(rèn)為是近似直流，所以可以用在直流偏磁下三種磁粉芯磁導(dǎo)率變化曲線(xiàn)，來(lái)推測(cè)50Hz或60Hz電流偏磁場(chǎng)下的磁導(dǎo)率變化趨勢(shì)。鐵硅鋁SUPERMSS磁粉芯的單位體積制造成本（價(jià)格）最低，最適合用于一般電源濾波電感，具有很高的性能價(jià)格比。而鐵鎳鉬MPP和高磁通鐵鎳50％HF磁粉芯的價(jià)格水平差不多，鐵鎳鉬MPP磁粉芯最高。