鐵氧體抗干擾磁芯特性
鐵氧體抗干擾磁芯其作用相當于低通濾波器,較好地解決了電源線,信號線和連接器的高頻干擾抑制問題,而且具有使用簡單方便有效,占用空間不大等一系列優點,用鐵氧體抗干擾磁芯來抑制電磁干擾(EMI)是經濟簡便而有效的方法,已廣泛應用于計算機等各種軍用或民用電子設備。
鐵氧體是一種利用高導磁性材料滲合其他一種或多種鎂、鋅、鎳等金屬在2000℃燒聚而成,在低頻段,鐵氧體抗干擾磁心呈現出非常低的感性阻抗值,不影響數據線或信號線上有用信號的傳輸。而在高頻段,從10MHz左右開始,阻抗增大,其感抗分量仍保持很小,電阻性分量卻迅速增加,當有高頻能量穿過磁性材料時,電阻性分量就會把這些能量轉化為熱能耗散掉。這樣就構成一個低通濾波器,使高頻噪音信號有大的衰減,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。
軟磁鐵氧體材料的應用及其性能要求
對軟磁鐵氧體,通常希望磁導率μi和電阻率ρ要高,矯頑力Hc和損耗Pc要低。根據使用的不同,還會對材料的居里溫度、溫度穩定性、磁導率減落系數、比損耗系數等有不同的要求。
(1)錳鋅系鐵氧體材料分為高磁導率鐵氧體和高頻低功耗鐵氧體(又稱功率鐵氧體)兩類。錳鋅高磁導率鐵氧體的主要特性是磁導率特別高,
通常把 μi≥5000的材料稱為高磁導率材料,一般要求μi≥12000。
錳鋅高頻低功耗鐵氧體又稱功率鐵氧體,對功率鐵氧體材料,在性能上的要求是:較高的磁導率(一般要求μi≥2000)、高的居里溫度、高表觀密度、高飽和磁感應強度和高頻下的超低磁芯損耗。
(2)鎳鋅系鐵氧體材料,在1MHz以下的低頻范圍內,NiZn系鐵氧體材料的性能比不上MnZn系,但在1MHz以上,由于它具有多孔性及高電阻率,因而大大優于MnZn系而成為高頻應用中性能最好的軟磁材料。其電阻率ρ可達108Ω?m,高頻損耗小,特別適用于高頻 1~300MHz;而且NiZn系材料的居里溫度較MnZn高,Bs亦高至0.5T,Hc亦可小至10A/m,適用于各種電感器、中周變壓器、濾波線圈、扼流圈。鎳鋅高頻鐵氧體材料具有較寬的頻寬和較低的傳輸損耗,常用于高頻抗電磁干擾以及高頻功率與抗干擾一體化的表面貼裝器件,作為抗電磁干擾(EMI)和射頻干擾(RFI)磁芯。鎳鋅功率鐵氧體可以做成射頻寬帶器件,在寬頻帶范圍內實現射頻信號的能量傳輸和阻抗變換,其頻率下限在幾千赫茲,而上限頻率可達幾千兆赫茲;鎳鋅功率鐵氧體材料用在DC to DC變換器中可以使開關電源的頻率提高,使電子變壓器的體積和重量進一步縮小。
常見磁環 - 一般連接線上的磁環基本分為2種,一種是鎳鋅鐵氧體磁環,還有一種是錳鋅鐵氧體磁環,它們各起著不同的作用。
錳鋅鐵氧體具有高磁導率和高磁通密度的特點,且在低于1MHz 的頻率時,具有較低損耗的特性。
鎳鋅鐵氧體具有極高的阻抗率、不到幾百的低磁導率等特性,及在高于1MHz的頻率亦產生較低損耗等。錳鋅鐵氧體的磁導率在幾千---上萬,而鎳鋅鐵氧體為幾百---上千。鐵氧體的磁導率越高,其低頻時的阻抗越大,高頻時的阻抗越小。所以,在抑制高頻干擾時,宜選用鎳鋅鐵氧體;反之則用錳鋅鐵氧體?;蛟谕皇娎|上同時套上錳鋅和鎳鋅鐵氧體,這樣可以抑制的干擾頻段較寬。 磁環的內外徑差值越大,縱向高度越大,其阻抗也就越大,但磁環內徑一定要緊包電纜,避免漏磁。 磁環的安裝位置應該盡量靠近干擾源,即應緊靠電纜的進出口。
目前應用最廣泛 的軟磁鐵氧體材料當屬尖晶石型的錳鋅系列和鎳鋅系列,從應用角度來看,它們又可分為高磁導率、高頻大功率(又稱功率鐵氧體)和抗電磁干擾的(EMI)鐵氧體等幾種類型。
磁芯的使用原則
(1) 磁環長的相對較好。
(2)磁芯孔徑和所穿過的電纜結合越緊密越好。
(3)低頻端騷擾時,建議線纜繞2~3匝,高頻端騷擾時,不能繞匝(因為分布電容的存在),選用長一點的磁環。
鐵氧體抑制元器件尺寸的選擇:
選定材質后,一般來說,鐵氧體體積越大,抑制效果越好。在體積一定時,長而細的形狀比短而粗的形狀阻抗要大,抑制效果要好。鐵氧體的橫截面積越大,越不易飽和,可承受的偏流越大。鐵氧體的內經越小,抑制效果越好。
鐵氧體抑制元器件在電路板上的應用:
電路板板上的 EMI 主要來自周期開關的數字電路,其高頻電流在電源線和地線之間產生一個共模電壓降,造成共模干擾。為抑制此干擾,我們在電源線和地線之間加去耦電容,使高頻噪聲短路,但是去耦電容通常會引起高頻諧振,產生新的干擾。為此需要在電路板上的I/O 端口加鐵氧體抑制元器件會有效地將高頻噪聲衰減掉。
鐵氧體抑制元器件在電源線上的應用:
在電源線上I/O 端口加裝鐵氧體抑制元器件可抑制電源與電路板板之間的高頻干擾傳輸和相互干擾。但應注意的是,在電源線上應用鐵氧體元器件時會存在有直流偏流,鐵氧體的阻抗和插入損耗隨著直流偏流的增加而減小,但偏流增加到一定值時,鐵氧體會出現飽和現象。鐵氧體的磁導率越低,插入損耗受直流偏流的影響越小,越不易飽和。
鐵氧體抑制元器件在信號線上的應用:
鐵氧體抑制元器件最常用的地方是在信號線上。它可有效地將不需要的高頻干擾抑制掉。例如在計算機中,鐵氧體常用在驅動電路與鍵盤之間,將高頻干擾抑制在工作頻率之外。
鐵氧體抑制元器件的安裝:
同樣的抑制件,安裝的位置不同,抑制的效果會有很大的區別。一般要安裝在I/O 端口界面,用熱縮管緊縮在線上。
(1)在抑制高頻干擾時,宜選用鎳鋅鐵氧體;頻率在1MHZ-300MHZ,鎳鋅鐵氧體的阻值很大。
(2)在抑制低頻干擾時,宜選用錳鋅鐵氧體;頻率在1KHZ-10MHZ,阻值在150kΩ以下。
(3)己知的磁芯可以繞一些線后量電感量,從而判斷導磁率,越大就越低頻。鐵氧體的磁導率越高,其低頻時的阻抗越大,高頻時阻抗越小。 鎳鋅鐵氧體材料的初始導磁率μ比較低約10-2500,使用頻率從五百千赫至幾百兆赫。具高電阻率,高居里溫度。 錳鋅鐵氧體材料的初始導磁率μ約從400-10000,使用頻率從幾十赫至幾百千赫。用于上限頻率f1低于500kHz-1MHz的情況下。超過這個頻率,必須使用鎳鋅材料。
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