鐵氧體(鐵氧體磁環(huán)-鐵氧體磁珠)在抑制電磁干擾(EMI)中

1、鐵氧體(鐵氧體磁環(huán)-鐵氧體磁珠)在抑制電磁干擾(EMI)中的應(yīng)用用鐵氧體磁性材料抑制電磁干擾（）是經(jīng)濟簡便而有效的方法，已廣泛應(yīng)用于計算機等各種軍用或民用電子設(shè)備。那么什么是鐵氧體呢？如何選擇，怎樣使用鐵氧體元件呢？這篇文章將對這些問題作一簡要介紹。一、什么是鐵氧體抑制元件鐵氧體是一種立方晶格結(jié)構(gòu)的亞鐵磁性材料，它的制造工藝和機械性能與陶瓷相似。但顏色為黑灰色，故又稱黑磁或磁性瓷。鐵氧體的分子結(jié)構(gòu)為·e23，其中為金屬氧化物，通常是n或Zn。衡量鐵氧體磁性材料磁性能的參數(shù)有磁導(dǎo)率，飽和磁通密度s，剩磁r和矯頑力c等。對于抑制用鐵氧體材料，磁導(dǎo)率和飽和磁通密度s是最重要的磁性參數(shù)。磁導(dǎo)

2、率定義為磁通密度隨磁場強度的變化率。 對于一種磁性材料來說，磁導(dǎo)率不是一個常數(shù)，它與磁場的大小、頻率的高低有關(guān)。當(dāng)鐵氧體受到一個外磁場作用時，例如當(dāng)電流流經(jīng)繞在鐵氧體磁環(huán)上的線圈時，鐵氧體磁環(huán)被磁化。隨著磁場的增加，磁通密度增加。當(dāng)磁場場加到一定值時，值趨于平穩(wěn)。這時稱作飽和。對于軟磁材料，飽和磁場只有十分之幾到幾個奧斯特。隨著飽和的接近，鐵氧體的磁導(dǎo)率迅速下降并接近于空氣的導(dǎo)磁率(相對磁導(dǎo)率為）如圖所示。 圖1 鐵氧體的B-H曲線 鐵氧體的磁導(dǎo)率可以表示為復(fù)數(shù)。實數(shù)部分'代表無功磁導(dǎo)率，它構(gòu)成磁性材料的電感。虛數(shù)部分"代表損耗，如圖所示。   

3、                'j" 圖2 鐵氧體的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率 磁導(dǎo)率與頻率的關(guān)系如圖所示。在一定的頻率范圍內(nèi)'值（在某一磁場下的磁導(dǎo)率）保持不變，然后隨頻率的升高磁導(dǎo)率'有一最大值。頻率再增加時，'迅速下降。代表材料損耗的虛數(shù)磁導(dǎo)率"在低頻時數(shù)值較小，隨著頻率增加，材料的損耗增加，"增加。如圖所示，圖中tan="/' 圖3 鐵氧體磁導(dǎo)率與頻率的關(guān)系 圖4 鐵氧體抑

4、制元件的等效電路（a）和阻抗矢量圖（b） 二、鐵氧體抑制元件的阻抗和插入損耗當(dāng)鐵氧體元件用在交流電路時，鐵氧體元件是一個有損耗的電感器，它的等效電路可視為由電感和損耗電阻組成的串聯(lián)電路，如圖所示。 鐵氧體元件的等效阻抗是頻率的函數(shù)Z(f)=R(f)+jL(f)=K"(f)+jK'(f) 式中：是一個常數(shù)，與磁芯尺寸和匝數(shù)有關(guān)，為角頻率。損耗電阻和感抗j都是頻率的函數(shù)，圖是材料磁珠的阻抗、感抗和電阻與頻率的關(guān)系。在低頻端（<）阻抗小于，隨著頻率的增加，由于電阻分量增加，使阻抗增加，電阻逐漸成為主要部分。在頻率超過時，磁珠的阻抗將大于。這樣就構(gòu)成一個低通濾波器，使高頻噪音信

5、號有大的衰減，而對低頻有用信號的阻抗可以忽略，不影響電路的正常工作。這種濾波器優(yōu)于普通純電抗濾波器。后者會產(chǎn)生諧振，造成新的干擾，而鐵氧體磁珠則沒有這種現(xiàn)象。 圖5 鐵氧體的阻抗與頻率的關(guān)系 鐵氧體抑制元件應(yīng)用時的等效電路如圖所示。圖中為抑制元件的阻抗，s和分別為源阻抗和負(fù)載阻抗，為鐵氧體抑制元件的阻抗。通常用插入損耗表示抑制元件對信號的衰減能力。器件的插入損耗越大，表示器件對噪音抑制能力越強。 圖6 鐵氧體抑制元件應(yīng)用電路 插入損耗的定義為 式中：、分別為抑制元件接入前，負(fù)載上的功率和電壓。、分別為抑制元件接入后，負(fù)載上的功率和電壓。插入損耗和抑制元件的阻抗有如下關(guān)系： 由上式可見，在源阻抗

6、和負(fù)載阻抗一定時抑制元件的阻抗越大，抑制效果越好。由于抑制元件的阻抗是頻率的函數(shù)，所以插入損耗也是頻率的函數(shù)。抑制元件的阻抗包括感抗和電阻部分，兩部分對插入損耗都有貢獻(xiàn)。在低頻時，鐵氧體的"的值較小，損耗電阻較小，主要是感抗起作用。在高頻端，鐵氧體的'值開始下降，而"值增大，所以損耗起主要作用。低頻時，信號被反射而受到抑制，在高頻端，信號被吸收并轉(zhuǎn)換成熱能。三、鐵氧體抑制元件的應(yīng)用鐵氧體抑制元件廣泛應(yīng)用于，電源線和數(shù)據(jù)線上。、鐵氧體抑制元件在上的應(yīng)用設(shè)計的首要方法是抑源法，即在上的源將抑制掉。這個設(shè)計思想是將噪音限制在小的區(qū)域，避免高頻噪音耦合到其他電路，而這些電路

7、通過連線可能產(chǎn)生更強的輻射。上的源來自周期開關(guān)的數(shù)字電路。其高頻電流在電源線和地之間產(chǎn)生一個共模電壓降，造成共模干擾。電源線或信號線會將開關(guān)的高頻噪聲傳導(dǎo)或輻射出去。在電源線和地之間加一個去耦電容，使高頻噪音短路，但是去耦電容常常會引起高頻諧振，造成新的干擾。在電路板的電源進(jìn)口加上鐵氧抑制磁珠會有效的將高頻噪音衰減掉。、鐵氧體抑制元件在電源線上的應(yīng)用電源線會把外界電網(wǎng)的干擾、開關(guān)電源的噪音傳到主機。在電源的出口和電源線的入口設(shè)置鐵氧體抑制元件，既可抑制電源與之間的高頻干擾的傳輸，也可抑之間高頻噪音的相互干擾。值得注意的是，在電源線上應(yīng)用鐵氧體元件時有偏流存在。鐵氧體的阻抗和插入損耗隨著偏流的增

8、加而減少。當(dāng)偏流增加到一定值時，鐵氧體抑制元件會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。在設(shè)計時要考慮飽和或插入損耗降低的問題。鐵氧體的磁導(dǎo)率越低，插入損耗受偏流的影響越小，越不易飽和。所以用在電源線上的鐵氧體抑制元件，要選擇磁導(dǎo)率低的材料和橫截面積大的元件。當(dāng)偏流較大時，可將電源的出線（的火線，的十線）與回線（的中線，的地線）同時穿入一個磁管。這樣可避免飽和，但這種方法只抑制共模噪音。、鐵氧體抑制元件在信號線上的應(yīng)用鐵氧體抑制元件最常用的地主就是信號線，例如在計算機中，信號會通過主機到鍵盤的電纜線傳入到主機的驅(qū)動電路，而后耦到，使其不能正常工作。主機的數(shù)據(jù)或噪音也可通過電纜線傳出去。鐵氧體磁珠可用在驅(qū)動電路與鍵盤之間

9、，將高頻噪音抑制。由于鍵盤的工作頻率在左右，數(shù)據(jù)可以幾乎無損耗地通過鐵氧體磁珠。偏平電纜也可用專用的鐵氧體抑制元件，將噪音抑制在其輻射之前。、鐵氧體抑制元件的選擇鐵氧體抑制元件有多咱材料和各種形狀、尺寸供選擇。為選擇合適的抑制元件，使對噪音的抑制更有效，設(shè)計者必須知道需要抑制的信號的頻率和強度，要求抑制的效果即插入損耗值以及允許占用的空間包括內(nèi)徑、外徑和長度等尺寸。鐵氧體材料的選擇不同的鐵氧體抑制材料，有不同的最佳抑制頻率范圍，與磁導(dǎo)率有關(guān)。通常材料的磁導(dǎo)率越高，適用抑制的頻率就越低。下面是常用的幾種抑制鐵氧體材料的適用頻率范圍：磁導(dǎo)率最佳抑制頻率范圍125>200MHz850 

10、;          30MHz200MHz2500         10MHz30MHz5000 <10MHz在有或低頻偏流情況下，要考慮到抑制性能的下降和飽和，盡量選用磁導(dǎo)率低的材料。鐵氧體抑制元件尺寸的選擇鐵氧體材料選定之后，需要選定抑制元件的形狀和尺寸。抑制元件的形狀和影響到對噪音抑制的效果。一般來說，鐵氧體的體積越大，抑制效果越好。在體積一定時，長而細(xì)的形狀比短而而粗的形狀的阻抗要大，抑制效果更好。但在有或偏流的情況下，要考慮到飽和問題。鐵氧體抑制元件的橫截面積越大，越不易飽和，可承受的偏流越大。另外，鐵氧體的內(nèi)徑越小，抑制效果越好。總之，鐵氧體抑制元件選擇的原則是，在使用空間允許的條件下，選擇盡量長，盡量厚和內(nèi)孔盡量小的鐵氧體抑制元件。、鐵氧體抑制元件的安裝同樣的鐵氧體抑制元件，由于安裝的位置不