铁氧体(铁氧体磁环-铁氧体磁珠)在抑制电磁干扰(EMI)中

1、铁氧体(铁氧体磁环-铁氧体磁珠)在抑制电磁干扰(EMI)中的应用用铁氧体磁性材料抑制电磁干扰（）是经济简便而有效的方法，已广泛应用于计算机等各种军用或民用电子设备。那么什么是铁氧体呢？如何选择，怎样使用铁氧体元件呢？这篇文章将对这些问题作一简要介绍。一、什么是铁氧体抑制元件铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料，它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似。但颜色为黑灰色，故又称黑磁或磁性瓷。铁氧体的分子结构为·e23，其中为金属氧化物，通常是n或Zn。衡量铁氧体磁性材料磁性能的参数有磁导率，饱和磁通密度s，剩磁r和矫顽力c等。对于抑制用铁氧体材料，磁导率和饱和磁通密度s是最重要的磁性参数。磁导

2、率定义为磁通密度随磁场强度的变化率。 对于一种磁性材料来说，磁导率不是一个常数，它与磁场的大小、频率的高低有关。当铁氧体受到一个外磁场作用时，例如当电流流经绕在铁氧体磁环上的线圈时，铁氧体磁环被磁化。随着磁场的增加，磁通密度增加。当磁场场加到一定值时，值趋于平稳。这时称作饱和。对于软磁材料，饱和磁场只有十分之几到几个奥斯特。随着饱和的接近，铁氧体的磁导率迅速下降并接近于空气的导磁率(相对磁导率为）如图所示。 图1 铁氧体的B-H曲线 铁氧体的磁导率可以表示为复数。实数部分'代表无功磁导率，它构成磁性材料的电感。虚数部分"代表损耗，如图所示。   

3、                'j" 图2 铁氧体的复数磁导率 磁导率与频率的关系如图所示。在一定的频率范围内'值（在某一磁场下的磁导率）保持不变，然后随频率的升高磁导率'有一最大值。频率再增加时，'迅速下降。代表材料损耗的虚数磁导率"在低频时数值较小，随着频率增加，材料的损耗增加，"增加。如图所示，图中tan="/' 图3 铁氧体磁导率与频率的关系 图4 铁氧体抑

4、制元件的等效电路（a）和阻抗矢量图（b） 二、铁氧体抑制元件的阻抗和插入损耗当铁氧体元件用在交流电路时，铁氧体元件是一个有损耗的电感器，它的等效电路可视为由电感和损耗电阻组成的串联电路，如图所示。 铁氧体元件的等效阻抗是频率的函数Z(f)=R(f)+jL(f)=K"(f)+jK'(f) 式中：是一个常数，与磁芯尺寸和匝数有关，为角频率。损耗电阻和感抗j都是频率的函数，图是材料磁珠的阻抗、感抗和电阻与频率的关系。在低频端（<）阻抗小于，随着频率的增加，由于电阻分量增加，使阻抗增加，电阻逐渐成为主要部分。在频率超过时，磁珠的阻抗将大于。这样就构成一个低通滤波器，使高频噪音信

5、号有大的衰减，而对低频有用信号的阻抗可以忽略，不影响电路的正常工作。这种滤波器优于普通纯电抗滤波器。后者会产生谐振，造成新的干扰，而铁氧体磁珠则没有这种现象。 图5 铁氧体的阻抗与频率的关系 铁氧体抑制元件应用时的等效电路如图所示。图中为抑制元件的阻抗，s和分别为源阻抗和负载阻抗，为铁氧体抑制元件的阻抗。通常用插入损耗表示抑制元件对信号的衰减能力。器件的插入损耗越大，表示器件对噪音抑制能力越强。 图6 铁氧体抑制元件应用电路 插入损耗的定义为 式中：、分别为抑制元件接入前，负载上的功率和电压。、分别为抑制元件接入后，负载上的功率和电压。插入损耗和抑制元件的阻抗有如下关系： 由上式可见，在源阻抗

6、和负载阻抗一定时抑制元件的阻抗越大，抑制效果越好。由于抑制元件的阻抗是频率的函数，所以插入损耗也是频率的函数。抑制元件的阻抗包括感抗和电阻部分，两部分对插入损耗都有贡献。在低频时，铁氧体的"的值较小，损耗电阻较小，主要是感抗起作用。在高频端，铁氧体的'值开始下降，而"值增大，所以损耗起主要作用。低频时，信号被反射而受到抑制，在高频端，信号被吸收并转换成热能。三、铁氧体抑制元件的应用铁氧体抑制元件广泛应用于，电源线和数据线上。、铁氧体抑制元件在上的应用设计的首要方法是抑源法，即在上的源将抑制掉。这个设计思想是将噪音限制在小的区域，避免高频噪音耦合到其他电路，而这些电路

7、通过连线可能产生更强的辐射。上的源来自周期开关的数字电路。其高频电流在电源线和地之间产生一个共模电压降，造成共模干扰。电源线或信号线会将开关的高频噪声传导或辐射出去。在电源线和地之间加一个去耦电容，使高频噪音短路，但是去耦电容常常会引起高频谐振，造成新的干扰。在电路板的电源进口加上铁氧抑制磁珠会有效的将高频噪音衰减掉。、铁氧体抑制元件在电源线上的应用电源线会把外界电网的干扰、开关电源的噪音传到主机。在电源的出口和电源线的入口设置铁氧体抑制元件，既可抑制电源与之间的高频干扰的传输，也可抑之间高频噪音的相互干扰。值得注意的是，在电源线上应用铁氧体元件时有偏流存在。铁氧体的阻抗和插入损耗随着偏流的增

8、加而减少。当偏流增加到一定值时，铁氧体抑制元件会出现饱和现象。在设计时要考虑饱和或插入损耗降低的问题。铁氧体的磁导率越低，插入损耗受偏流的影响越小，越不易饱和。所以用在电源线上的铁氧体抑制元件，要选择磁导率低的材料和横截面积大的元件。当偏流较大时，可将电源的出线（的火线，的十线）与回线（的中线，的地线）同时穿入一个磁管。这样可避免饱和，但这种方法只抑制共模噪音。、铁氧体抑制元件在信号线上的应用铁氧体抑制元件最常用的地主就是信号线，例如在计算机中，信号会通过主机到键盘的电缆线传入到主机的驱动电路，而后耦到，使其不能正常工作。主机的数据或噪音也可通过电缆线传出去。铁氧体磁珠可用在驱动电路与键盘之间

9、，将高频噪音抑制。由于键盘的工作频率在左右，数据可以几乎无损耗地通过铁氧体磁珠。偏平电缆也可用专用的铁氧体抑制元件，将噪音抑制在其辐射之前。、铁氧体抑制元件的选择铁氧体抑制元件有多咱材料和各种形状、尺寸供选择。为选择合适的抑制元件，使对噪音的抑制更有效，设计者必须知道需要抑制的信号的频率和强度，要求抑制的效果即插入损耗值以及允许占用的空间包括内径、外径和长度等尺寸。铁氧体材料的选择不同的铁氧体抑制材料，有不同的最佳抑制频率范围，与磁导率有关。通常材料的磁导率越高，适用抑制的频率就越低。下面是常用的几种抑制铁氧体材料的适用频率范围：磁导率最佳抑制频率范围125>200MHz850 

10、;          30MHz200MHz2500         10MHz30MHz5000 <10MHz在有或低频偏流情况下，要考虑到抑制性能的下降和饱和，尽量选用磁导率低的材料。铁氧体抑制元件尺寸的选择铁氧体材料选定之后，需要选定抑制元件的形状和尺寸。抑制元件的形状和影响到对噪音抑制的效果。一般来说，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而粗的形状的阻抗要大，抑制效果更好。但在有或偏流的情况下，要考虑到饱和问题。铁氧体抑制元件的横截面积越大，越不易饱和，可承受的偏流越大。另外，铁氧体的内径越小，抑制效果越好。总之，铁氧体抑制元件选择的原则是，在使用空间允许的条件下，选择尽量长，尽量厚和内孔尽量小的铁氧体抑制元件。、铁氧体抑制元件的安装同样的铁氧体抑制元件，由于安装的位置不