磁性材料在EMI滤波器中的应用

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1、第12卷第7期Vol.12No.72010年7月ElectronicComponent&DeviceApplicationsJuly.2010doi:10.3969/j.issn.1563-4795.2010.07.005磁性材料在EMI滤波器中的应用赵隆冬，毛军(中国电子科技集团公司43所，安徽合肥230022)摘要：磁性材料是EMI滤波器的关键材料。文章简单介绍了EMI滤波器所用磁性材料的特点，详细分析了共模滤波电感和差模滤波电感所用磁芯的基本特性，给出了共模滤波电感磁芯和差模滤波电感磁芯的温度特性。关键词：EMI；滤波器

2、；磁性材料；共模；差模0引言电路，LC1和LC2为共模滤波电感，而Ld1、Ld2、Cx1、Cx2则可构成差模滤波电路，Ld1和Ld2为差开关电源一般都采用脉冲宽度调制(PWM)模滤波电感。在这个滤波电路中，共模滤波电感技术，其特点是频率高，效率高，功率密度高，和差模滤波电感起着举足轻重的作用，其性能优可靠性高。然而，由于其开关器件工作在高频通劣直接决定EMI滤波器的成败，而共模滤波电感断状态，高频的快速瞬变过程虽然能完成正常的和差模滤波电感的性能好坏主要是由磁芯的特性能源传递，但却是一种电磁骚扰源。它产生的E-所决定，所以，分

3、析EMI滤波器中所用的磁芯特MI信号有很宽的频率范围，又有较高的幅度，因性，其意义相当重大。而会严重影响其他电子设备的正常工作。一般而言，磁性材料根据其特性及应用可分为软磁、硬磁、压磁等，其中软磁应用最为广1EMI滤波电路泛，几乎所有感性器件(电感、变压器、传感器等)都离不开软磁材料，目前，滤波电感应用最开关电源的开关频率及其谐波的主要表现是多的磁芯也是软磁材料。磁性材料的选择除了要电源线上的干扰，称之为传导干扰。传导干扰分正确选择其基本的磁参数(如Bs、μi、Tc)外，为共模干扰和差模干扰。共模干扰是由载流导体还要仔细选定它

4、们的电特性(如电阻率、频宽、与大地之间的电位差产生的，其特点是两条线上阻抗等)。根据EMI滤波器的特点，共模滤波电感的干扰信号电压是同电位同相的；而差模干扰则和差模滤波电感的磁芯选择应遵守以下几点：是由载流导体之间的电位差产生的，其特点是两第一、初始磁导率要高(μi>2000)；条线上的干扰信号电位相同，但相位相反。事实第二、要有低矫顽磁力Hc，以减小磁滞损上，针对不同的干扰信号，EMI滤波电路也分为耗；抗共模干扰滤波电路和抗差模干扰滤波电路，图第三、电阻率ρ高，以减小高频下的涡流损1所示是其滤波电路。耗；图1中，LC1、LC

5、2、Cy1、Cy2构成共模滤波第四、ωc要高，适当的截止频率可以展宽频段；第五、Tc要高，以适应各类工作环境；第六、应具有某一特定的损耗频率响应曲图1共模和差模滤波电路线，这样，在需要衰减EMI信号的频段内其损耗较大，因而可以把EMI衰减到最低电平，而在需收稿日期：2010-03-12要传输信号的频段内损耗应较小，这样，信号容142010.7www.ecda.cn第12卷第7期Vol.12No.72010年7月新特器件应用July.2010易通过。2共模电感磁芯EMI滤波器需要抑制的频率范围通常在10kHz～50MHz之间。为

6、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，阻性阻抗逐步增图3不同磁性材料的频率与阻抗曲线加，渐渐起主要作用，图2所示是频率与阻抗的表1不同磁性材料磁性能对比关系曲线。图中，两种阻抗的结合，可使磁芯在μ(×104)L(mH)Ρ(Ω.m)此全频范围内提供合适的总阻抗(Zs)。I0.02mm1J85132560Ⅱ超微晶435140Ⅲ国产铁氧体0.84.2

7、>105Ⅳ进口铁氧体0.53.4>105阻抗特性，曲线Ⅲ是国产铁氧体(R4KB)的阻抗特性。在低频段(100Hz～10kHz)，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图2频率与阻抗关系曲线信号的抑制作用较小。超微晶(曲线Ⅱ)和金属共模电感线圈如图1中Lc1，Lc2是绕在一只磁性材料薄膜合金1J851(曲线Ⅰ)材料由于材料磁芯上的两组独立的线圈，所绕圈数相同，绕向本身的电阻率比较低，随频率增加时，其涡流损相反。这样，当EMI滤波器接入电路后，两组线耗也增加，其等效阻抗Z比铁

8、氧体大得多。在10～圈产生的磁通在磁芯中将相互抵消，故不会使磁100kHz的频段内，四种材料的Z都在增加，只是芯饱和。对于干扰信号而言，共模磁芯一般工作铁氧体材料的变化斜率要比超微晶(曲线Ⅱ)和在低磁场区域，所以，共模滤波电感选用的磁性金属磁性材料薄膜合金1J851更陡，说明