铁氧体(铁氧体磁环-铁氧体磁珠)在抑制电磁干扰(EMI).PDF

鐵氧體(鐵氧體磁環-鐵氧體磁珠)在抑制電磁干擾(EMI)中的應用 用鐵氧體磁性材料抑制電磁干擾（ＥＭＩ）是經濟簡便而有效的方 法，已廣泛應用於電腦等各種軍用或民用電子設備。那麼什麼是鐵 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、什麼是鐵氧體抑制元件 鐵氧體是一種立方晶格結構的亞鐵磁性材料，它的製造工藝和 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 氧體的分子結構為ＭＯ·Ｆe2 Ｏ3 ，其中ＭＯ為金屬氧化物，通常是 ＭnＯ或ZnＯ。 衡量鐵氧體磁性材料磁性能的參數有磁導率μ ，飽和磁通密度 Ｂs ，剩磁Ｂr 和矯頑力Ｈc 等。 對於抑制用鐵氧體材料，磁導率μ 和飽和磁通密度Ｂs 是最重 要的磁性參數。磁導率定義為磁通密度隨磁場強度的變化率。 μ＝△Ｂ／△Ｈ 對於一種磁性材料來說 ，磁導率 不是一個常數，它與磁場的大小、頻 率的高低有關 。當鐵氧體受到一個外 磁場Ｈ作用時，例如當電流流經繞在 鐵氧體磁環上的線圈時，鐵氧體磁環 圖1 鐵氧體的 B-H 曲線 被磁化。隨著磁場Ｈ的增加，磁通密 度Ｂ增加。當磁場Ｈ場加到一定值 時，Ｂ值趨於平穩。這時稱作飽和。 對於軟磁材料，飽和磁場Ｈ只有十分 之幾到幾個奧斯特。隨著飽和的接 近，鐵氧體的磁導率迅速下降並接近 於空氣的導磁率(相對磁導率為１）如 圖１所示。 鐵氧體的磁導率可以表示為複 數。實數部分μ代表無功磁導率，它 構成磁性材料的電感。虛數部分μ代 表損耗，如圖２所示。 圖2 鐵氧體的複數磁導率 μ＝μ－jμ 磁導率與頻率的關係如圖３所示。在一定的頻率範圍內 μ值（在 某一磁場下的磁導率）保持不變，然後隨頻率的升高磁導率μ有一 最大值。頻率再增加時，μ迅速下降。代表材料損耗的虛數磁導率μ 在低頻時數值較小，隨著頻率增加，材料的損耗增加，μ增加。如 圖３所示，圖中tanδ=μ/μ 圖3 鐵氧體磁導率與頻率的關係 圖4 鐵氧體抑制元件的等效電路（a ）和阻抗向量圖（b） 二、鐵氧體抑制元件的阻抗和插入損耗 當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Ｌ和損耗電阻Ｒ組成的串聯電 路，如圖４所示。 鐵氧體元件的等效阻抗Ｚ是頻率的函數 Z(f)=R(f)+jωL(f)=Kωμ(f)+jKωμ(f) 式中：Ｋ是一個常數，與磁芯尺 寸和匝數有關，ω 為角頻率。 損耗電阻Ｒ和感抗jω Ｌ都是頻 率的函數，圖５是材料８５０磁珠的 阻抗、感抗和電阻與頻率的關係。在 低頻端（ １０ＭＨｚ）阻抗小於１ ０Ω ，隨著頻率的增加，由於電阻分 量增加，使阻抗增加，電阻逐漸成為 主要部分。在頻率超過１００ＭＨｚ 時，磁珠的阻抗將大於１００Ω 。這 圖5 鐵氧體的阻抗與頻率的 樣就構成一個低通濾波器，使高頻噪 關係 音信號有大的衰減 ，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。這種濾波器優於普通純電抗 濾波器。後者會產生諧振，造成新的 干擾，而鐵氧體磁珠則沒有這種現象。 鐵氧體抑制元件應用時的等效電 路如圖６所示。圖中Ｚ為抑制元件的 阻抗，Ｚs 和ＺＬ分別為源阻抗和負 載阻抗，Ｚ為鐵氧體抑制元件的阻抗。 圖6 鐵氧體抑制元件應用電 通常用插入損耗表示抑制元件對 路 ＥＭＩ信號的衰減能力。器件的插入 損耗越大，表示器件對ＥＭＩ噪音抑 制能力越強。 插入損耗的定義為 式中：Ｐ１、Ｖ１分別為抑制元件接 入前，負載上的功率和電壓。 Ｐ２、Ｖ２分別為抑制元件接入後， 負載上的功率和電