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抗干扰磁珠的原理和特性以及广泛应用

 

抗干扰磁珠的原理和特性 
      当电流流过其中心孔中的导线时,便会是磁珠内部产生循环流动的磁道。用于EMI控制的铁氧体配制时,应当可以把大部分磁通作为材料中的热散掉。这个现象可以由一个电感器和一个电阻器的串联组合来模拟。如图2所示 

       两个元件的数值大小与磁珠的长度成正比,而且磁珠的长度对抑制效果有明显影响,磁珠长度越长抑制效果越好。由于信号能量呈磁耦合加到磁珠上,故电感器的电抗与电阻的大小随频率的升高而增大。磁耦合的效率取决于磁珠材料相对于空气的导磁率。通常组成磁珠的铁氧体材料的损耗可以通过其相对于空气的导磁率,表示成一个复数量。 

     磁性材料常常用由此比值 表征出损耗角 。用于EMI抑制元件要求较大的损耗角,这意味着大部分干扰都将被耗散而不被反射。目前出现的各种各样的可用铁氧体材料,为设计人员将磁珠用于不同场合提供了很大的选择余地。 

抗干扰磁珠的应用 
3.1 尖峰抑制器 
开关电源最大的缺点就是容易产生噪声和干扰,这是长期困扰开关电源的一个关键的技术问题。开关电源的噪声主要是由开关功率管和开关整流二级管快速变化的高压切换和脉冲短路电流所引起。因此采用有效元件把它们限制到最小程度是抑制噪声的主要方法之一。通常采用非线性饱和电感来抑制反向恢复电流尖峰,此时铁芯的工作状态是从-Bs 到+Bs。根据在开关电源续流二极管上的高磁导率与可饱和性的超小型电感元件—磁珠特性的一致性,开发出用来抑制开关电源开关时产生的峰值电流的尖峰抑制器。 

尖峰抑制器的性能特点: 
(1) 初始和最大电感值很高,饱和后残余电感值非线性极不明显。串联接入回路后,电流升高瞬间显示出高阻抗,可以作为所谓的瞬间阻抗元件使用。 
(2) 适用于防止半导体回路中瞬态电流峰值信号、冲击激励电路和由此而伴生的噪声,还可以防止半导体损坏。 
(3) 剩余电感极小,电路稳定时损耗很小。 
(4) 与铁氧体制品的性能绝然不同。 
(5) 只要避免磁饱和,可作为超小型、高电感的电感元件使用。 
(6) 可以作为低损耗的高性能可饱和铁芯用于控制和产生振荡。 

      尖峰抑制器要求铁芯材料具有较高的磁导率,以得到较大的电感量;高矩形比可使铁芯饱和时,电感量应迅速下降到零;矫顽力小、高频损耗低, 否则铁芯放热不能正常工作。 

      尖峰抑制器用途主要表现在减小电流尖峰信号;降低由于电流峰值信号引起的噪声;防止开关晶体管的损坏;减低开关晶体管的开关损耗;补偿二极管的恢复特性; 防止高频脉冲电流冲击激励。 作为超小型的线路滤波器使用等方面。 

3.2在滤波器中的应用 
a)不加磁珠测试结果 
b)加磁珠测试结果 
c)L线加磁珠测试结果 
d) N线加磁珠测试结果 

      普通滤波器是由无损耗的电抗元件构成的,它在线路中的作用是将阻带频率反射回信号源,所以这类滤波器又叫反射滤波器。当反射滤波器与信号源阻抗不匹配时,就会有一部分能量被反射回信号源,造成干扰电平的增强。为解决这一弊病,可在滤波器的进线上使用铁氧体磁环或磁珠套,利用滋环或磁珠对高频信号的涡流损耗,把高频成分转化为热损耗。因此磁环和磁珠实际上对高频成分起吸收作用,所以有时也称之为吸收滤波器。 

      不同的铁氧体抑制元件,有不同的最佳抑制频率范围。通常磁导率越高,抑制的频率就越低。此外,铁氧体的体积越大,抑制效果越好。在体积一定时,长而细的形状比短而粗的抑制效果好,内径越小抑制效果也越好。但在有直流或交流偏流的情况下,还存在铁氧体饱和的问题,抑制元件横截面越大,越不易饱和,可承受的偏流越大。 

      基于以上磁珠原理和特性,应用在开关电源的滤波器中,收效明显。从测试结果便可看到应用抗干扰磁珠的明显不同。由实验结果看到,由于开关电源电路、结构布局、功率的影响,有时对差模干扰有很好的抑制作用,有时对共模干扰有很好的抑制作用,有时对干扰起不到抑制作用反而会增加噪声干扰。 


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