磁粉芯在高性能EMI濾波器中的應用介紹

圖9中的曲線是對三種不同材料的磁粉芯，在相同尺寸，相同磁導率，單級濾波器電路中測試得到的數據而繪出的。磁芯分別為鐵鎳鉬MPP磁粉芯（A－291061－2）；鐵鎳50％HF合金（HF－130060－2）；和鐵硅鋁SUPERMSS合金（MS－130060－2），尺寸均為外徑33.02mm×內徑19.94mm×高度10.67mm，磁導率相同（60）。由圖9可知三種材料的磁導率隨直流偏磁的增大而減小。

所謂“完全繞線磁芯”，指繞線后的磁芯，漆包線繞線厚度正好達到磁芯原來內徑的一半位置。通常，在生產工藝中，需要考慮使繞線機上的線鉤或線梭在繞制最后一圈漆包線時，還可以有足夠的空間。在本實例中，電感量為1.9mH，這個電感量數值是典型的線路濾波所需要的電感量。一般而言，濾波電感的電感量選擇范圍在幾個μH到幾個mH之間。

在工頻下，要求磁芯損耗低，以便充分發揮磁芯材料的高飽和磁通密度性能。圖10是對高磁通鐵鎳50HF磁粉芯測試結果而繪制的曲線。由于高磁通鐵鎳50HF磁粉芯有高的損耗，所以可以用在工作條件最惡劣的情況。在400Hz，9000Gs磁通密度下，它的磁芯損耗為200mW/cm3。在50Hz或60Hz下工作，磁通密度的使用上限要根據磁芯磁導率變化的大小確定，具體可參見圖11。

另外一個需要重點考慮的因素是，電感量會隨頻率變化而變化。圖12，圖13和圖14所示的是，三種不同磁粉芯材料（MPP，HF和SUPERMSS）繞制的電感器（采用單層繞線，電感量為60μH），它們各自的等效電感、等效串聯電阻、等效阻抗與頻率的關系曲線。

從圖12可看到，高磁通鐵鎳HF磁粉芯的等效串聯電感值隨頻率增加而跌落，這是由于其磁導率下

圖11磁通密度與磁導率的關系曲線

圖12等效串聯電感和頻率的關系曲線（單層繞線條件下）

圖13等效串聯電阻與頻率的關系曲線（單層繞線條件下）

圖14阻抗與頻率的關系曲線（單層繞線條件下）

圖15等效串聯電感/電阻和頻率的關系曲線（100kHz1MHz）

圖16阻抗與頻率的關系曲線（100kHz1MHz）

圖17單層和完全繞線設計情況下等效串聯

圖18單層和完全繞線設計情況下阻抗與頻率的關系曲線

降所致。其根本原因在于頻率增高后渦流損耗隨之增大所造成的。正如前所述，在高頻下的損耗對濾波器來說是一個優點，這是因為這個損耗對阻尼衰減提供了附加的穩定因素。圖15是對圖12和圖13、圖16是對圖14在100kHz到1MHz范圍內的曲線進行的局部放大圖，以便更清楚地看到三種磁粉芯的串聯等效電感和等效電阻及等效阻抗隨頻率變化的趨勢。可以很明顯地看到，鐵硅鋁SUPERMSS在高頻下的渦流損耗是最低的，所以它的電感量（磁導率）和電阻都是變化最小的或基本不變的。

最后，看一下電感器的分布電容（對單層和多層繞線做比較）與頻率的關系曲線，見圖17和圖18。從圖中看到，超過1.6MHz之后，這個雜散電容確實使成本高的多層電感器的阻抗比成本較低的單層電感器的阻抗要低。

4結語

三種磁粉芯材料都非常適合用于電源濾波。高磁通鐵鎳50％HF磁粉芯的性能最好，因為它在高飽和磁通密度下具有保持電感量的能力，同時它還提供在高頻下所需要的阻尼衰減功能。

另外一個需要重點考慮的因素是，由于磁性材料本身所具有的磁致伸縮所產生的音頻噪聲。而高磁通HF鐵鎳50％磁粉芯在50Hz或60Hz下，會產生音頻噪聲（嗡嗡聲）。當然，直流磁化電流不會產生音頻噪聲，所以它最適合用作電池供電的電源系統中輸入濾波電感。

鐵鎳鉬MPP磁粉芯和鐵硅鋁SUPERMSS磁粉芯都具有特別低的磁致伸縮系數，它們都不會產生音頻噪聲。鐵鎳鉬MPP磁粉芯在直流偏磁場下的磁導率變化量最小，這是它的一個優點。由于50Hz或60Hz交流電與音頻頻率相比幾乎可以認為是近似直流，所以可以用在直流偏磁下三種磁粉芯磁導率變化曲線，來推測50Hz或60Hz電流偏磁場下的磁導率變化趨勢。鐵硅鋁SUPERMSS磁粉芯的單位體積制造成本（價格）最低，最適合用于一般電源濾波電感，具有很高的性能價格比。而鐵鎳鉬MPP和高磁通鐵鎳50％HF磁粉芯的價格水平差不多，鐵鎳鉬MPP磁粉芯最高。