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。

EMI滤波器中的磁芯特性分析

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。

EMI滤波器中的磁芯特性分析