磁珠及其在開關(guān)電源中的應(yīng)用一
1 引言
由于電磁兼容的迫切要求，電磁干擾(EMI)抑制元件獲得了廣泛的應(yīng)用。然而實際應(yīng)用中的電磁兼容問題十分復(fù)雜，單單依靠理論知識是*不夠的，它更依賴于廣大電子工程師的實際經(jīng)驗。為了更好地解決電子產(chǎn)品的電磁兼容性這一問題，還要考慮接地、電路與PCB板設(shè)計、電纜設(shè)計、屏蔽設(shè)計等問題[1][2]。本文通過介紹磁珠的基本原理和特性來說明它在開關(guān)電源電磁兼容設(shè)計中的重要性與應(yīng)用，以期為設(shè)計者在設(shè)計新產(chǎn)品時提供必要的參考。
2 磁珠及其工作原理
磁珠的主要原料為鐵氧體，鐵氧體是一種立方晶格結(jié)構(gòu)的亞鐵磁性材料，鐵氧體材料為鐵鎂合金或鐵鎳合金，它的制造工藝和機械性能與陶瓷相似，顏色為灰黑色。電磁干擾濾波器中經(jīng)常使用的一類磁芯就是鐵氧體材料，許多廠商都提供專門用于電磁干擾抑制的鐵氧體材料。這種材料的特點是高頻損耗非常大，具有很高的導(dǎo)磁率，它可以使電感的線圈繞組之間在高頻高阻的情況下產(chǎn)生的電容zui小。鐵氧體材料通常應(yīng)用于高頻情況，因為在低頻時它們主要呈現(xiàn)電感特性，使得損耗很小。在高頻情況下，它們主要呈現(xiàn)電抗特性并且隨頻率改變。實際應(yīng)用中，鐵氧體材料是作為射頻電路的高
頻衰減器使用的。實際上，鐵氧體可以較好的等效于電阻以及電感的并聯(lián)，低頻下電阻被電感短路，高頻下電感阻抗變得相當(dāng)高，以至于電流全部通過電阻。鐵氧體是一個消耗裝置，高頻能量在上面轉(zhuǎn)化為熱能，這是由它的電阻特性決定的。
對于抑制電磁干擾用的鐵氧體，zui重要的性能參數(shù)為磁導(dǎo)率和飽和磁通密度。磁導(dǎo)率可以表示為復(fù)數(shù)，實數(shù)部分構(gòu)成電感，虛數(shù)部分代表損耗，隨著頻率的增加而增加。因此它的等效電路為由電感L和電阻R組成的串聯(lián)電路，如圖1所示，電感L和電阻R都是頻率的函數(shù)。當(dāng)導(dǎo)線穿過這種鐵氧體磁芯時，所構(gòu)成的電感阻抗在形式上是隨著頻率的升高而增加，但是在不同頻率時其機理是*不同的。

在高頻段，阻抗主要由電阻成分構(gòu)成，隨著頻率的升高，磁芯的磁導(dǎo)率降低，導(dǎo)致電感的電感量減小，感抗成分減小，但是，這時磁芯的損耗增加，電阻成分增加，導(dǎo)致總的阻抗增加，當(dāng)高頻信號通過鐵氧體時，電磁干擾被吸收并轉(zhuǎn)換成熱能的形式消耗掉。在低頻段，阻抗主要由電感的感抗構(gòu)成，低頻時R很小，磁芯的磁導(dǎo)率較高，因此電感量較大，電感L起主要作用，電磁干擾被反射而受到抑制，并且這時磁芯的損耗較小，整個器件是一個低損耗、高品質(zhì)因素Q特性的電感，這種電感容易造成諧振，因此在低頻段時可能會出現(xiàn)使用鐵氧體磁珠后干擾增強的現(xiàn)象[3]。
磁珠種類很多，制造商會提供技術(shù)指標(biāo)說明，特別是磁珠的阻抗與頻率關(guān)系的曲線。有的磁珠上有多個孔洞，用導(dǎo)線穿過可增加元件阻抗(穿過磁珠次數(shù)的平方)，不過在高頻時所增加的抑制噪聲能力可能不如預(yù)期的多，可以采用多串聯(lián)幾個磁珠的辦法。
值得注意的是，高頻噪聲的能量是通過鐵氧體磁矩與晶格的耦合而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苌l(fā)出去的，并非將噪聲導(dǎo)入地或者阻擋回去，如旁路電容那樣。因而，在電路中安裝鐵氧體磁珠時，不需要為它設(shè)置接地點。這是鐵氧體磁珠的突出優(yōu)點[4]。
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