磁粉芯在高性能EMI濾波器中的應用

例如：對于每種濾波器而言，衰減量達到最大（增益達到最小值）的原因都是由于電容器與其引線(xiàn)電感發(fā)生諧振所造成的。對于單級濾波器，這一點(diǎn)發(fā)生在175kHz。所以盡量縮短電容器引線(xiàn)長(cháng)度的重要性是非常明顯的。隨著(zhù)頻率從175kHz增加，衰減又開(kāi)始減少（增益增加），這是因為引線(xiàn)電感阻礙了每只電容器返回電流的流動(dòng)。

另一個(gè)重要的結果是，雙級濾波器在20kHz頻率點(diǎn)下，具有最低的衰減（最高的增益）。從理論計算，雙級濾波器應該視同于2個(gè)單級濾波器在14.6kHz頻率點(diǎn)上的效果，但是由于電容C1，電感L2和電容C3的阻尼效果，所以頻率點(diǎn)變到了20kHz。在20kHz頻率點(diǎn)，產(chǎn)生了大約30dB的衰減。超過(guò)這個(gè)頻率點(diǎn)之后，雙級濾波器的增益衰減在60kHz,比單級濾波器還要低20dB。

最后還可以注意到，雙級濾波器在300kHz到1MHz范圍內，增益衰減都比單段濾波器大10dB。附加電感和電容減少了電容引線(xiàn)的電感效果。在美國，因為無(wú)線(xiàn)電調幅AM波段是在540kHz到1.6MHz之間，這樣對于改善此波段內的濾波器性能，非常有利。

上述濾波器測試條件為，將電容器側作為輸入或參考通道，將電感器側作為測試通道。通過(guò)觀(guān)察可以看到，頻率響應特性在上述測試連接方式和采用電感器側連接到參考通道，將電容器連接到測試通道的結果是相似的。因此，上述實(shí)驗結果也適用于電感器輸入型電路。

3電源濾波器

濾波器通常用于電路或一部分電路以防止電磁干擾（EMI）。不設濾波器則無(wú)用的電信號將會(huì )沿著(zhù)電源線(xiàn)或共用母線(xiàn)傳導引起EMI，而傳導干擾也能繼發(fā)射頻干擾（RFI），這是因為電源線(xiàn)對于高頻則是一天線(xiàn)。濾波器的作用就是防止在供電的同時(shí)將電噪聲傳導到電力線(xiàn)上。

　　對于那些連接到公用電上的電子、電器設備而言，各國政府機構都對特定的頻率范圍內所允許的最大傳導噪聲電壓有具體的規定。比如，美國聯(lián)邦通訊委員會(huì )（FCC）就規定，在450kHz到30MHz頻段內的無(wú)線(xiàn)電射頻干擾，應限制在48dBμV（250μV）以下。這種規定的目的就是要防止射頻干擾對公共電子設施，如無(wú)線(xiàn)電、電視機、電話(huà)機等的干擾。

在電子系統中對電源輸出端噪聲的限制，要由其負載的需要決定。在大多數情況下，噪聲的濾除是由前述的濾波元件（電感器和電容器）來(lái)完成的，由它們抑制輸出電壓的脈動(dòng)。為了抑制電源輸出端的EMI，有時(shí)設計二級濾波。

在含有開(kāi)關(guān)器件的設備中，比如開(kāi)關(guān)電源的功率晶體管和二極管，都需要在電源輸入端加裝EMI濾波器。在電路中電流的突然變化會(huì )導致電壓的短暫升高（或稱(chēng)電壓尖峰），這個(gè)電壓尖峰既施加在輸入導體之間，也施加在導體與地線(xiàn)之間。

在輸入導線(xiàn)之間的EMI電壓稱(chēng)之為差模噪聲。導線(xiàn)對接地端的噪聲稱(chēng)之為共模噪聲。對于抑制共模噪聲的電感器，需要在一個(gè)磁芯上繞制兩組電流方向相反的導線(xiàn)，并使用高磁導率的磁芯。

相反，對于抑制差模噪聲的電感器，則要求磁芯材料在偏磁場(chǎng)下仍然能夠保持磁導率指標。圖8中，標出了流經(jīng)電感器的電流I，電壓V和磁芯中的磁場(chǎng)強度曲線(xiàn)，并且畫(huà)出了差模濾波器和共模濾波器在開(kāi)關(guān)電源中的應用線(xiàn)路圖。在輸入端，可以是交流輸入（如市電），也可以是電池供電（如48V，用于電信設備中）。當電池供電時(shí)，磁化電流是恒定的直流電。對于高功率因數的交流電系統，磁化電流接近正弦波波形。而低功率因數的交流電系統，其磁化電流則由一系列的交變脈沖疊加組成。

三種磁粉芯材料（鐵鎳鉬MPP，鐵鎳HF和鐵硅鋁SUPERMSS）最適合用于差模濾波器中的電感（有時(shí)這種電感也稱(chēng)之為“串模電感”或“扼流圈”）。原因是這三種磁粉芯材料在偏磁場(chǎng)下具有極好的電感量保持能力。鐵鎳50％HF高磁通磁粉芯（美國阿諾公司注冊商標Hi－FluxTM），特別適合用于高磁通密度工作條件。為了便于比較，圖9標明了三種不同材料磁粉芯在直流偏磁場(chǎng)下的磁導率變化曲線(xiàn)。

圖8典型的EMI濾波器電路配置和差模電感器上的電壓，電流以及磁滯回線(xiàn)

(a)電路(b)磁滯回線(xiàn)(c)電感器上電壓、電流

圖9磁導率與DC直流偏磁關(guān)系曲線(xiàn)

圖10磁芯損耗與磁通密度關(guān)系曲線(xiàn)