鐵氧體(鐵氧體磁環(huán)-鐵氧體磁珠)在抑制電磁干擾(EMI)中

1、鐵氧體(鐵氧體磁環(huán)-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（）是經(jīng)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。那么什么是鐵氧體呢？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、什么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，它的制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·e23，其中為金屬氧化物，通常是n或Zn。衡量鐵氧體磁性材料磁性能的參數(shù)有磁導率，飽和磁通密度s，剩磁r和矯頑力c等。對于抑制用鐵氧體材料，磁導率和飽和磁通密度s是最重要的磁性參數(shù)。磁導

2、率定義為磁通密度隨磁場強度的變化率。 對于一種磁性材料來說，磁導率不是一個常數(shù)，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作用時，例如當電流流經(jīng)繞在鐵氧體磁環(huán)上的線圈時，鐵氧體磁環(huán)被磁化。隨著磁場的增加，磁通密度增加。當磁場場加到一定值時，值趨于平穩(wěn)。這時稱作飽和。對于軟磁材料，飽和磁場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并接近于空氣的導磁率(相對磁導率為）如圖所示。 圖1 鐵氧體的B-H曲線 鐵氧體的磁導率可以表示為復數(shù)。實數(shù)部分'代表無功磁導率，它構成磁性材料的電感。虛數(shù)部分"代表損耗，如圖所示。   

3、                'j" 圖2 鐵氧體的復數(shù)磁導率 磁導率與頻率的關系如圖所示。在一定的頻率范圍內'值（在某一磁場下的磁導率）保持不變，然后隨頻率的升高磁導率'有一最大值。頻率再增加時，'迅速下降。代表材料損耗的虛數(shù)磁導率"在低頻時數(shù)值較小，隨著頻率增加，材料的損耗增加，"增加。如圖所示，圖中tan="/' 圖3 鐵氧體磁導率與頻率的關系 圖4 鐵氧體抑

4、制元件的等效電路（a）和阻抗矢量圖（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和損耗電阻組成的串聯(lián)電路，如圖所示。 鐵氧體元件的等效阻抗是頻率的函數(shù)Z(f)=R(f)+jL(f)=K"(f)+jK'(f) 式中：是一個常數(shù)，與磁芯尺寸和匝數(shù)有關，為角頻率。損耗電阻和感抗j都是頻率的函數(shù)，圖是材料磁珠的阻抗、感抗和電阻與頻率的關系。在低頻端（<）阻抗小于，隨著頻率的增加，由于電阻分量增加，使阻抗增加，電阻逐漸成為主要部分。在頻率超過時，磁珠的阻抗將大于。這樣就構成一個低通濾波器，使高頻噪音信

5、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(yōu)于普通純電抗濾波器。后者會產(chǎn)生諧振，造成新的干擾，而鐵氧體磁珠則沒有這種現(xiàn)象。 圖5 鐵氧體的阻抗與頻率的關系 鐵氧體抑制元件應用時的等效電路如圖所示。圖中為抑制元件的阻抗，s和分別為源阻抗和負載阻抗，為鐵氧體抑制元件的阻抗。通常用插入損耗表示抑制元件對信號的衰減能力。器件的插入損耗越大，表示器件對噪音抑制能力越強。 圖6 鐵氧體抑制元件應用電路 插入損耗的定義為 式中：、分別為抑制元件接入前，負載上的功率和電壓。、分別為抑制元件接入后，負載上的功率和電壓。插入損耗和抑制元件的阻抗有如下關系： 由上式可見，在源阻抗

6、和負載阻抗一定時抑制元件的阻抗越大，抑制效果越好。由于抑制元件的阻抗是頻率的函數(shù)，所以插入損耗也是頻率的函數(shù)。抑制元件的阻抗包括感抗和電阻部分，兩部分對插入損耗都有貢獻。在低頻時，鐵氧體的"的值較小，損耗電阻較小，主要是感抗起作用。在高頻端，鐵氧體的'值開始下降，而"值增大，所以損耗起主要作用。低頻時，信號被反射而受到抑制，在高頻端，信號被吸收并轉換成熱能。三、鐵氧體抑制元件的應用鐵氧體抑制元件廣泛應用于，電源線和數(shù)據(jù)線上。、鐵氧體抑制元件在上的應用設計的首要方法是抑源法，即在上的源將抑制掉。這個設計思想是將噪音限制在小的區(qū)域，避免高頻噪音耦合到其他電路，而這些電路

7、通過連線可能產(chǎn)生更強的輻射。上的源來自周期開關的數(shù)字電路。其高頻電流在電源線和地之間產(chǎn)生一個共模電壓降，造成共模干擾。電源線或信號線會將開關的高頻噪聲傳導或輻射出去。在電源線和地之間加一個去耦電容，使高頻噪音短路，但是去耦電容常常會引起高頻諧振，造成新的干擾。在電路板的電源進口加上鐵氧抑制磁珠會有效的將高頻噪音衰減掉。、鐵氧體抑制元件在電源線上的應用電源線會把外界電網(wǎng)的干擾、開關電源的噪音傳到主機。在電源的出口和電源線的入口設置鐵氧體抑制元件，既可抑制電源與之間的高頻干擾的傳輸，也可抑之間高頻噪音的相互干擾。值得注意的是，在電源線上應用鐵氧體元件時有偏流存在。鐵氧體的阻抗和插入損耗隨著偏流的增

8、加而減少。當偏流增加到一定值時，鐵氧體抑制元件會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。在設計時要考慮飽和或插入損耗降低的問題。鐵氧體的磁導率越低，插入損耗受偏流的影響越小，越不易飽和。所以用在電源線上的鐵氧體抑制元件，要選擇磁導率低的材料和橫截面積大的元件。當偏流較大時，可將電源的出線（的火線，的十線）與回線（的中線，的地線）同時穿入一個磁管。這樣可避免飽和，但這種方法只抑制共模噪音。、鐵氧體抑制元件在信號線上的應用鐵氧體抑制元件最常用的地主就是信號線，例如在計算機中，信號會通過主機到鍵盤的電纜線傳入到主機的驅動電路，而后耦到，使其不能正常工作。主機的數(shù)據(jù)或噪音也可通過電纜線傳出去。鐵氧體磁珠可用在驅動電路與鍵盤之間

9、，將高頻噪音抑制。由于鍵盤的工作頻率在左右，數(shù)據(jù)可以幾乎無損耗地通過鐵氧體磁珠。偏平電纜也可用專用的鐵氧體抑制元件，將噪音抑制在其輻射之前。、鐵氧體抑制元件的選擇鐵氧體抑制元件有多咱材料和各種形狀、尺寸供選擇。為選擇合適的抑制元件，使對噪音的抑制更有效，設計者必須知道需要抑制的信號的頻率和強度，要求抑制的效果即插入損耗值以及允許占用的空間包括內徑、外徑和長度等尺寸。鐵氧體材料的選擇不同的鐵氧體抑制材料，有不同的最佳抑制頻率范圍，與磁導率有關。通常材料的磁導率越高，適用抑制的頻率就越低。下面是常用的幾種抑制鐵氧體材料的適用頻率范圍：磁導率最佳抑制頻率范圍125>200MHz850 

10、;          30MHz200MHz2500         10MHz30MHz5000 <10MHz在有或低頻偏流情況下，要考慮到抑制性能的下降和飽和，盡量選用磁導率低的材料。鐵氧體抑制元件尺寸的選擇鐵氧體材料選定之后，需要選定抑制元件的形狀和尺寸。抑制元件的形狀和影響到對噪音抑制的效果。一般來說，鐵氧體的體積越大，抑制效果越好。在體積一定時，長而細的形狀比短而而粗的形狀的阻抗要大，抑制效果更好。但在有或偏流的情況下，要考慮到飽和問題。鐵氧體抑制元件的橫截面積越大，越不易飽和，可承受的偏流越大。另外，鐵氧體的內徑越小，抑制效果越好。總之，鐵氧體抑制元件選擇的原則是，在使用空間允許的條件下，選擇盡量長，盡量厚和內孔盡量小的鐵氧體抑制元件。、鐵氧體抑制元件的安裝同樣的鐵氧體抑制元件，由于安裝的位置不