磁性材料在EMI滤波器中的应用
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2020-08-08
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磁性材料在磁性材料在EMI滤波器中的应用滤波器中的应用
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。
0 引言
开关电源一般都采用脉冲宽度调制(PWM)技术，其特点是频率高，效率高，功率密度高，可靠性高。然而，由于其开关器件
工作在高频通断状态，高频的快速瞬变过程虽然能完成正常的能源传递，但却是一种电磁骚扰源。它产生的EMI信号有很宽的
频率范围，又有较高的幅度，因而会严重影响其他电子设备的正常工作。
1 EMI滤波电路
开关电源的开关频率及其谐波的主要表现是电源线上的干扰，称之为传导干扰。传导干扰分为共模干扰和差模干扰。共模干扰
是由载流导体与大地之间的电位差产生的，其特点是两条线上的干扰信号电压是同电位同相的；而差模干扰则是由载流导体之
间的电位差产生的，其特点是两条线上的干扰信号电位相同，但相位相反。事实上，针对不同的干扰信号，EMI滤波电路也分
为抗共模干扰滤波电路和抗差模干扰滤波电路，图1所示是其滤波电路。
图l中，LC1、LC2、Cy1、Cy2构成共模滤波电路。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为差模滤波电感。在这个滤波电路中，共模滤波电感和差模滤波电感起着举足轻重的作用，其性能优劣直接决
定EMI滤波器的成败，而共模滤波电感和差模滤波电感的性能好坏主要是由磁芯的特性所决定，所以，分析EMI滤波器中所用
的磁芯特性，其意义相当重大。
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，滤波电感应用最多的磁芯也是软磁材料。磁性材料的选择除了要正确选择其基本的
磁参数(如Bs、μi、Tc)外，还要仔细选定它们的电特性(如电阻率、频宽、阻抗等)。根据EMI滤波器的特点，共模滤波电感和
差模滤波电感的磁芯选择应遵守以下几点：
第一、初始磁导率要高(μi>2000)；
第二、要有低矫顽磁力Hc，以减小磁滞损耗；
第三、电阻率ρ高，以减小高频下的涡流损耗；
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，而在需要传输信号的频段内损耗应较小，这样，信号容易通过。
2共模电感磁芯
EMI滤波器需要抑制的频率范围通常在10kHz～50 MHz之间。为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，阻性阻抗逐步增加，渐渐起主要作用，图2所示是频率与阻抗的关系曲
线。图中，两种阻抗的结合，可使磁芯在此全频范围内提供合适的总阻抗(Zs)。
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