磁珠在開關(guān)電源設(shè)計中的應(yīng)用
1鐵氧體電磁干擾抑制元件
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,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。對于抑制電磁干擾用的鐵氧體,最重要的性能參數(shù)為磁導(dǎo)率μ和飽和磁通密度Bs。磁導(dǎo)率μ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,L和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完全不同的。
在低頻段,阻抗由電感的感抗構(gòu)成,低頻時R很小,磁芯的磁導(dǎo)率較高,因此電感量較大,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Q特性的電感,這種電感容易造成諧振因此在低頻段,有時可能出現(xiàn)使用鐵氧體磁珠后干擾增強的現(xiàn)象。
在高頻段,阻抗由電阻成分構(gòu)成,隨著頻率升高,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)換成熱能的形式耗散掉。
鐵氧體抑制元件廣泛應(yīng)用于印制電路板、電源線和數(shù)據(jù)線上。如在印制板的電源線入口端加上鐵氧體抑制元件,就可以濾除高頻干擾。鐵氧體磁環(huán)或磁珠專用于抑制信號線、電源線上的高頻干擾和尖峰干擾,它也具有吸收靜電放電脈沖干擾的能力。
2磁珠的原理和特性
當(dāng)電流流過其中心孔中的導(dǎo)線時,便會是磁珠內(nèi)部產(chǎn)生循環(huán)流動的磁道。用于EMI控制的鐵氧體配制時,應(yīng)當(dāng)可以把大部分磁通作為材料中的熱散掉。這個現(xiàn)象可以由一個電感器和一個電阻器的串聯(lián)組合來模擬。
兩個元件的數(shù)值大小與磁珠的長度成正比,而且磁珠的長度對抑制效果有明顯影響,磁珠長度越長抑制效果越好。
由于信號能量呈磁耦合加到磁珠上,故電感器的電抗與電阻的大小隨頻率的升高而增大。磁耦合的效率取決于磁珠材料相對于空氣的導(dǎo)磁率。通常組成磁珠的鐵氧體材料的損耗可以通過其相對于空氣的導(dǎo)磁率,表示成一個復(fù)數(shù)量。
磁性材料常常用由此比值表征出損耗角。用于EMI抑制元件要求較大的損耗角,這意味著大部分干擾都將被耗散而不被反射。目前出現(xiàn)的各種各樣的可用鐵氧體材料,為設(shè)計人員將磁珠用于不同場合提供了很大的選擇余地。
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