磁粉芯在高性能emi滤波器中的应用

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1、磁粉芯在高性能EMI滤波器中的应用

2、第1摘要：介绍了用铁硅铝磁粉芯制作的单级和双级滤波器的频率响应特性。对应用三种不同磁粉芯材料（铁镍钼合金、50％铁镍合金、铁硅铝合金）所制成的滤波器的性能进行了测试，并给出相关的特性曲线。　　1引言铁镍钼合金MPP，高磁通铁镍50％HF合金和铁硅铝合金SUPERMSS等三种不同材料的磁粉芯已被广泛地应用在电源滤波电感之中。特别是在抑制和过滤差模传导EMI的线路滤波（Poouseg(this)">图1单级和双级滤波器示意图(a)单级滤波器（15A）(b)双级滤波器

3、（15A）2单级与多级滤波器在电力和电子功率变换系统中，滤波器均采用LC电路。这种滤波器一般为“低通滤波器”。滤波器设计非常复杂，需要数学计算，计算机辅助工程和实际经验相结合。本文考虑两种滤波器，如图1所示，一种是单级（一只电感和一只电容组成），另一种是双级（两只电感和两只电容）。接有滤波器的电路具有明显的频率响应特性，但是由于负载和电源的阻尼作用，频率响应又是有限的。在实际应用中，还要考虑电感器绕组电阻，磁粉芯损耗，电容器引线、电极和介质损耗影响。更高频率下的损耗构成附加阻尼有利于滤波器稳定运

4、行。而且寄生参数（如电容器引线电感和电感绕组的分布电容）都会对滤波器性能产生影响。寄生参数如图2所示，RS为电感器的等效串联电阻，RC为电容器的等效串联电阻。用几种型号的美国阿诺公司SUPER－MSS铁硅铝磁粉芯制做单级滤波器和双级滤波器，具体设计参数为：500)this.style.ouseg(this)">图2单级滤波器中考虑寄生参数的电路图和实验及源负载示意图500)this.style.ouseg(this)">图3等效串联电感和电阻与频率的关系曲线500)this.style.ouseg

5、(this)">图4等效并联电容和电阻与频率之间的关系曲线500)this.style.ouseg(this)">图5增益和相位与频率的关系曲线（对单级滤波器）500)this.style.ouseg(this)">图6增益和相位与频率的关系曲线（对双级滤波器电路）500)this.style.ouseg(this)">图7复合增益和相位与频率关系曲线（对单级和双级滤波器）（1）单级滤波器电感磁芯采用一只铁硅铝MS－130060－2型(磁导率为60)，电感量为13.2μH，电感绕组导线采用3股18

6、AS－106060－2型（磁导率为60），每只电感量为7.95μH，电感绕组导线也采用与单级滤波器相同的三股18AHz，电感量小的双级滤波器在40MHz以上时还具有电感特性。或者说电感量小的双级滤波器，其工作频率范围较宽。图4显示了电容器有关数值与频率的关系曲线，即等效并联电容（Cp）和等效并联电阻（Rp）随频率变化的曲线。可以看到，电容器与其引线电感发生谐振的频率大约在250kHz。为了说明多级滤波电路的优点，现把单级和双级滤波器的频率响应曲线分别示于图5和图6。测试条件使用了最偏离电源的电路工

7、作参数，输入源阻抗为50Ω，负载阻抗也是50Ω。在典型的电路中，阻抗值是变化的，并不总是匹配的，尤其在低频下，阻抗值会非常低。虽然实验条件与实际应用的电路条件不一样，但是，实验结果表明，用来对单级滤波器和双级滤波器做对比，可以得到许多有用的实验数据。例如：对于每种滤波器而言，衰减量达到最大（增益达到最小值）的原因都是由于电容器与其引线电感发生谐振所造成的。对于单级滤波器，这一点发生在175kHz。所以尽量缩短电容器引线长度的重要性是非常明显的。随着频率从175kHz增加，衰减又开始减少（增益增加）

8、，这是因为引线电感阻碍了每只电容器返回电流的流动。另一个重要的结果是，双级滤波器在20kHz频率点下，具有最低的衰减（最高的增益）。从理论计算，双级滤波器应该视同于2个单级滤波器在14.6kHz频率点上的效果，但是由于电容C1，电感L2和电容C3的阻尼效果，所以频率点变到了20kHz。在20kHz频率点，产生了大约30dB的衰减。超过这个频率点之后，双级滤波器的增益衰减在60kHz,比单级滤波器还要低20dB。最后还可以注意到，双级滤波器在300kHz到1MHz范围内，增益衰减都比单段滤波器大10

9、dB。附加电感和电容减少了电容引线的电感效果。在美国，因为无线电调幅AM波段是在540kHz到1.6MHz之间，这样对于改善此波段内的滤波器性能，非常有利。上述滤波器测试条件为，将电容器侧作为输入或参考通道，将电感器侧作为测试通道。通过观察可以看到，频率响应特性在上述测试连接方式和采用电感器侧连接到参考通道，将电容器连接到测试通道的结果是相似的。因此，上述实验结果也适用于电感器输入型电路。3电源滤波器滤波器通常用于电路或一部分电路以防止电磁干扰（EMI）。不设滤波器则无用的电信号将