设计基于磁性材料的EMI滤波器

，它们对干扰信号的抑制都在不断地增强。

    当频率在100 kHz～1 MHz频段时，铁氧体材料Z急增，而金属磁性材料和超微晶仍然平稳上升，在1 MHzl／寸，进口铁氧体达到峰值，Z最大，说明在这一频段内，铁氧体材料对干扰噪声的抑制效果最好。所以，制造共模滤波器时所选用的电感材料一定要根据电路要求的抑制频段范围来选择，这是非常重要的。同时，从表1与图3所示曲线对比可以看出，并不是电感量越高越好，而应考虑它的电参数，更不能简单用增加线圈匝数的方法来增加电感，因为这样会增加高频寄生电容。

    目前，在大多数情况下，共模磁芯材料一般选择使用铁氧体。铁氧体主要分为两种：镍锌铁氧体和锰锌铁氧体。镍锌材料磁芯的特性是其初始磁导率较低，但是它能在很高的频率时维持其磁导率不变。因为镍锌材料磁芯的初始磁导率较低，所以，它在低频时不能产生足够高的阻抗，故对低频<5 MHz时，干扰信号的抑制作用较小，因而主要使用在干扰信号在高频(大于10 MHz)的滤波器中。锰锌材料磁芯在低频(50 MHz下，特别是10 MHz以下)时有很高的磁导率，有些磁芯的磁导率能超过5000，故适合使用在10 kHz～50 MHz的EMI滤波器中。当系统中需要EMI滤波器抑制的干扰信号频率在10 MHz以内时，可选用的共模磁芯材料主要是锰锌材料的铁氧体磁芯。

3 差模电感磁芯

    由于EMI滤波器的输出电流较大，如果使用太高磁导率的材料，将很容易导致磁饱和，所以，为了适应差模抗干扰滤波器的电感磁芯需要，应选用有较高饱和磁感应强度的磁芯。为提高差模电感的饱和磁感应强度，可以选用磁性材料本身就具有很高饱和磁感应强度的磁芯(如复合磁粉芯等)；也可以用在磁芯开气隙的方法来降低磁导率，以提高磁芯的抗饱和能力(如铁氧体PC40磁芯等)。然而，在磁芯开气隙处，除了有很强的交变漏磁场会引起新的辐射干扰外，由于磁致伸缩(磁致伸缩效应是指磁化使磁材料产生机械应变的效应)，还会在气隙处产生新的噪声和环境污染，因此，在使用时要特别注意。

    目前较为理想的差模滤波电感材料是复合磁粉芯。它是将金属软磁粉末经绝缘包裹压制退火而成，相当于把一集中的气隙分散成微小孔穴均匀分布在磁芯中，这样不但材料的抗饱和强度会增加，而且磁芯的电阻率也会比原来增加几个数量级且各向同极性，因此也就改善了金属磁性材料不能在高频下使用的缺陷。这也是国外新型差模滤波电感都采用金属磁粉芯，而越来越少使用开口铁氧体磁芯的原因。

    图 4所示是Magnetic公司的SF30与SF70金属磁粉芯及55930镍铁磁粉芯的频率一阻抗变化曲线。不同磁性能的磁芯，其阻抗与频率变化是不一样的。由图4可以看出，铁磁粉芯SF70和镍铁磁粉芯55930在干扰频率小于2 kHz时，其阻抗很小且基本不变，表示对这一频段的干扰信号衰减很小。铁磁粉芯SF30在小于60 kHz时，对干扰信号的衰减也很小，但到2 MHz附近的吸收则迅速增强，在接近10 MHz时吸收最强，而SF70在100kHz以后曲线的斜率变化不大。由此可见，不同性能的材料对干扰信号的吸收频段也不一样。因此在实际设计中，必须根据实际所需抑制的干扰信号频段进行磁芯材料的选择。

4 磁性材料的温度特性

    选择电感的磁芯材料不但要考虑其磁特性，还要考虑其温度特性，包括高低温下的磁性变化和磁性材料的居里温度特性。磁芯由铁磁性(亚铁磁性或反铁磁性)转变成顺磁性的温度称为居里温度。在图5所示的 μ-T曲线上，80％μmax与20％μmax连线与μ=1的交叉点相对应的温度，即为居里温度Tc。

    由于磁性材料到了居里温度点后就失去磁性。因而此时将会对电路产生巨大的损害，严重时会烧毁电路，所以磁性材料的工作温度必须在居里温度之下。例如：在一些产品中，其工作温度为-55～+125℃。正常工作时，由于电路的损耗会导致发热，从而使磁芯内部的温度升高，此时磁芯的最高温度将可能达到140℃，所以，选择的磁性材料的居里温度必须高于这个温度点，并要进行降额设计，以留有足够的余量。通常而言，磁性材料的μi值越高，则居里温度越低；反之μi越低，居里温度越高，所以，要综合考虑μi值和居里温度来选择磁性材料。

    中小功率的EMI滤波器产品中选用最多的磁芯材料是日本TDK公司 的PC40 (它是目前业界广泛使用的较好的材料之一)，它的初始磁导μi随温度的变化曲线如图6所示。从图中可看出，温度变化对μi的影响是很大的，磁芯温度在 90～150℃的区间内，有一段平坦区，这时它的μi大约在4100左右；当温度低于90℃后，μi值会随着温度的降低而逐渐减小，到0℃时，μi值只有 2000左右，进到负温区后，μi值还会进一步减小；而当温度高于150℃后，μi值则会随着温度的升高而增加，当达到240℃时，μ的最大值为5600 左右；从240℃开始，μi值又渐渐减小，当温度达到居里温度点250℃时，材料失去磁性。