用于电磁干扰抑制的铁氧体材料

一、引言

    随着科学技术的不断进步，电子设备正朝向数字化、阿络化、集成一体化方向发展，电磁干扰的危害已成为不容忽视的问题。发生电磁干扰取决于三个因素，即干扰源、被干扰设备和耦台途径。这样，通过消除三因素之一，就可以减少电磁干扰，即：抑制干扰源，被干扰设备采取防护措施或减小干扰的传输。该文所介绍的铁氧体材料正是用来减少干扰的传输。

    电磁干扰按传播途径可以分为两类：传导干扰和辐射干扰。其中辐射干扰是指以电磁波形式传播的干扰，传导干扰是沿着导体传播的干扰，任何导线都是传导干扰的传输通道，同时又是接收干扰和辐射干扰最有效的天线。将铁氧体材料做成不同形状套在导线上可以对电磁干扰进行有效的抑制。

二、铁氧体EMI抑制材料的作用机理

    铁氧体EM1抑制材料是一种特殊的铁氧体，它与普通的铁氧体材料不同，随着频率的升高，它的损耗急剧增加。当将这种铁氧体材料串联到电路中时，相当于一只阻值随频率变化的电阻，它将电路中的高频干扰信号转化成热能衰减掉。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。铁氧体的磁导率可以表示为复数：= +j
    其中 为实数部分代表无功磁导率， 为虚数部分代表损耗。对于铁氧体EMI抑制元件来说，希望 大，损耗大。磁导率与频率的关系如图一所示，在一定的频率范围内 大体保持不变，然后随频率的升高 迅速下降，代表材料损耗的虚数磁导率 ，在低频时数值较小，随着频率的升高， 增加，材料内部发生畴壁共振和自然共振，电磁能转化成热能被吸收，材料损耗增加。

图1 超导磁与频率的关系

三、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，由电感L和损耗电阻R串联组成。铁氧体元件的等效阻抗Z是频率的函数：

式中：K是一个常数，与磁心尺寸和匝数有关

自为角频率

  损耗电阻R和感抗j乩都是频率的函数，在低频时阻抗较小，随着频率的增加，由于电阻分量增加，使阻抗增加，从而插入损耗增加，这样就构成一个低通滤波器，使高频噪音信号有大的衰减，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。这种吸收式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。

铁氧体抑制元件应用时的等效电路如图二所示，图中z为抑制元件的阻抗，Zs和z1分别为源阻抗和负载阻抗，Z为铁氧体抑制元件的阻抗。

图2铁氧体抑制元件应用时的等效电路

通常用插入损耗表示抑制元件对EMI信号的衰减能力。器件的插入损耗越大，表示
器件对EMI噪音抑制能力越强。

插入损耗的定义为：IL=10Lg(P1／p2 )：20Lg(V1／v2)
式中：PI为抑制元件插入前负载上的功率
P2为抑制元件插入后负载上的功率
v．为抑制元件插入前负载上的电压
v2为抑制元件插入后负载上的电压
根据应用时的等效电路图，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两部分，两部分对插入损耗都有贡献。在低频时铁氧体的 值较小，损耗电阻较小，主要是感抗起作用。在高频段，铁氧体的 值开始下降；而 值增大，所以损耗起主要作用，EMI信号被吸收并转化成热能。

四、铁氧体EMI抑制元件的应用

    铁氧体抑制元件广泛应用于PCB、电源线和数据线上。PCB上的EMI源来自周期开关的数字电路，电源线或信号线会将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体抑制磁珠会有效地将高频噪音衰减掉。

   电源线会把外界电网的干扰、开关电压的噪音传到主机。在电源的出口和PCB电源线的入口设置铁氧体抑制元件，即可抑制电源与PCB之间高频干扰的传输，也可抑制PCB之问高频噪音的相互干扰。

   铁氧体抑制元件最常用的地方就是信号线，例如在计算机中，EMI信号会通过主机到键盘的电缆传人到主机的驱动电路，而后耦合到CPU，使其不能正常工作。主机的数据或噪音也可通过电缆线辐射出去。铁氧体磁珠可用在驱动电路与键盘之间，将高频噪音抑制。由于键盘的工作频率在1MHZ左右．数据可以几乎无损耗地通过铁氧体磁珠。

五、结论

由于电磁干扰抑制的铁氧体材料与普通的铁氧体材料不同．这种材料能将高频干扰信号转化为热能衰减掉，随着频率的增高，阻抗不断增大，使插入损耗提高，对电磁干扰进行有效抑制。