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日期:2012-4-18 20:32:00  来源: 作者: 
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      用铁氧体磁环材料抑制电磁干扰(EMI)是经济简便而有效的方法,已广泛应用于计算机等各种军用或民用电子设备。那么什么是铁氧体呢?如何选择,怎样使用铁氧体元件呢?这篇文章将对这些问题作一简要介绍。
  一、什么是铁氧体抑制元件
  铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料,它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似。但颜色为黑灰色,故又称黑磁或磁性瓷。铁氧体的分子结构为MO·e23,其中MO为金属氧化物,通常是MnO或ZnO。
  衡量铁氧体磁性材料磁性能的参数有磁导率μ,饱和磁通密度Bs,剩磁Br和矫顽力Hc等。
  对于抑制用铁氧体材料,磁导率μ和饱和磁通密度Bs是最重要的磁性参数。磁导率定义为磁通密度随磁场强度的变化率。

μB/

对于一种磁性材料来说,磁导率不是一个常数,它与磁场的大小、频率的高低有关。当铁氧体受到一个外磁。茸饔檬,例如当电流流经绕在铁氧体磁环上的线圈时,铁氧体磁环被磁化。随着磁。鹊脑黾,磁通密度B增加。当磁。瘸〖拥揭欢ㄖ凳,B值趋于平稳。这时称作饱和。对于软磁材料,饱和磁。戎挥惺?种?傅郊父霭滤固。随着饱和的接近,铁氧体的磁导率迅速下降并接近于空气的导磁率(相对磁导率为1)如图1所示。


铁氧体的B-H曲线

铁氧体磁环的磁导率可以表示为复数。实数部分μ’代表无功磁导率,它构成磁性材料的电感。虚数部分μ"代表损耗,如图2所示。

                     μμ’jμ"


铁氧体的复数磁导率

磁导率与频率的关系如图3所示。在一定的频率范围内μ’值(在某一磁场下的磁导率)保持不变,然后随频率的升高磁导率μ’有一最大值。频率再增加时,μ’迅速下降。代表材料损耗的虚数磁导率μ"在低频时数值较。?孀牌德试黾,材料的损耗增加,μ"增加。如图3所示,图中tanδ=μ"/μ’


铁氧体磁导率与频率的关系

铁氧体抑制元件的等效电路(a)和阻抗矢量图(b

二、铁氧体抑制元件的阻抗和插入损耗
  当铁氧体元件用在交流电路时,铁氧体元件是一个有损耗的电感器,它的等效电路可视为由电感L和损耗电阻R组成的串联电路,如图4所示。

铁氧体元件的等效阻抗Z是频率的函数Z(f)=R(f)+jωL(f)=Kωμ"(f)+jKωμ’(f)

式中:K是一个常数,与磁芯尺寸和匝数有关,ω为角频率。
  损耗电阻R和感抗L都是频率的函数,图5是材料850磁珠的阻抗、感抗和电阻与频率的关系。在低频端(<10MHz)阻抗小于10Ω,随着频率的增加,由于电阻分量增加,使阻抗增加,电阻逐渐成为主要部分。在频率超过100MHz时,磁珠的阻抗将大于100Ω。这样就构成一个低通滤波器,使高频噪音信号有大的衰减,而对低频有用信号的阻抗可以忽略,不影响电路的正常工作。这种滤波器优于普通纯电抗滤波器。后者会产生谐振,造成新的干扰,而铁氧体磁珠则没有这种现象。


铁氧体的阻抗与频率的关系

铁氧体抑制元件应用时的等效电路如图6所示。图中Z为抑制元件的阻抗,Zs和ZL分别为源阻抗和负载阻抗,Z为铁氧体抑制元件的阻抗。
  通常用插入损耗表示抑制元件对EMI信号的衰减能力。器件的
插入损耗越大,表示器件对EMI噪音抑制能力越强。


铁氧体抑制元件应用电路

插入损耗的定义为

式中:P1、V1分别为抑制元件接入前,负载上的功率和电压。
P2、V2分别为抑制元件接入后,负载上的功率和电压。
插入损耗和抑制元件的阻抗有如下关系:要充分发。

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