【靜噪效果的基礎 第8講】鐵氧體磁芯靜噪的原理
發布時間:2014-07-18 責任編輯:willwoyo
【導讀】此專欄將為大家介紹有關靜噪對策的基礎知識。本節主要介紹鐵氧體磁芯,鐵氧體磁芯是鐵氧體的精髓。詳細說明了鐵氧體磁芯的靜噪原理。
不改變電路板也能使用的靜噪元器件
一直以來,為大家介紹的都是安裝於電路板上電路中的靜噪元器件,本次將介紹無需安裝在電路板上的靜噪元器倍受矚目件(雖然也有固定於電路板上的......)
在 電子設備商品化之際,如之前介紹的,需要確認設備產生的噪聲是否滿足EMI法規,但必須在完成設備的設計之後才能做最終確認。最近,有關無噪聲幹擾設計的 技ji術shu有you了le一yi定ding積ji累lei,並bing對dui無wu噪zao聲sheng幹gan擾rao做zuo了le諸zhu多duo的de研yan究jiu。但dan結jie果guo還hai是shi要yao待dai最zui終zhong確que認ren後hou才cai能neng揭jie曉xiao。如ru果guo噪zao聲sheng控kong製zhi在zai噪zao聲sheng限xian值zhi範fan圍wei內nei就jiu沒mei有you問wen題ti,但dan經jing確que認ren,也ye經jing常chang會hui出chu現xian 超(chao)過(guo)噪(zao)聲(sheng)限(xian)值(zhi)範(fan)圍(wei)的(de)情(qing)況(kuang)。在(zai)交(jiao)貨(huo)期(qi)緊(jin)迫(po)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia),又(you)沒(mei)有(you)時(shi)間(jian)變(bian)更(geng)電(dian)路(lu)板(ban),像(xiang)鐵(tie)氧(yang)體(ti)磁(ci)芯(xin)這(zhe)種(zhong)無(wu)需(xu)變(bian)更(geng)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)就(jiu)非(fei)常(chang)適(shi)用(yong)了(le)。
鐵氧體磁芯是鐵氧體的精髓
鐵氧體磁芯是鐵氧體(這裏所使用的鐵氧體被稱為軟磁鐵氧體)shitaocicixingtibeijiagongweigezhongxingzhuangdechanpin。yiwangshengchanxianquanshi,daduoshiyongdaoxianjuanraozaihuanzhuangdetieyangtishangdangzuocixinshiyongde,yinciyongyujingzaodechanpinyetongyangbeichengweitieyangticixin。
鐵氧體因其結構,可分為Mn-Zn類和Ni-Zn類。Mn-Zn類具有導電性,因此需要絕緣加工;而Ni-Zn類具有優良的高頻特性,因此經常將Ni-Zn類的鐵氧體用作靜噪產品。
鐵氧體磁芯靜噪原理
鐵 氧體磁芯雖然形狀各異,但大多都是環形。導線穿過該環形孔,導線和鐵氧體磁芯構成了線圈(電感)。由於該線圈(電感)與電子元器件的電感原理是相同的,所 以如圖1所(suo)示(shi)頻(pin)率(lv)越(yue)高(gao)電(dian)感(gan)值(zhi)就(jiu)越(yue)高(gao)。因(yin)此(ci)可(ke)以(yi)作(zuo)為(wei)阻(zu)止(zhi)高(gao)頻(pin)電(dian)流(liu)的(de)低(di)通(tong)濾(lv)波(bo)器(qi)來(lai)使(shi)用(yong),從(cong)而(er)降(jiang)低(di)高(gao)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)。同(tong)時(shi),使(shi)用(yong)鐵(tie)氧(yang)體(ti)磁(ci)芯(xin)可(ke)以(yi)獲(huo)得(de)另(ling)一(yi)種(zhong)效(xiao)果(guo)。如(ru)果(guo)電(dian)流(liu) 通tong過guo由you鐵tie氧yang體ti磁ci芯xin構gou成cheng的de電dian感gan,鐵tie氧yang體ti磁ci芯xin上shang會hui產chan生sheng磁ci通tong量liang,電dian流liu能neng量liang就jiu會hui轉zhuan變bian為wei磁ci能neng。但dan隨sui著zhe電dian流liu的de變bian化hua該gai磁ci通tong量liang再zai次ci因yin電dian磁ci感gan應ying而er轉zhuan換huan為wei電dian流liu。此ci時shi,磁ci通tong量liang的de 能量並沒有全部轉回電流能量,有一部分作為磁損耗而消失(稱為磁滯損耗)。因此,通過導線的一部分噪聲電流作為磁損耗而消耗其能量。圖1的右側顯示了導線 通過鐵氧體磁芯時線圈的阻抗特性。普通線圈的阻抗多為電抗(X)成分,使用鐵氧體磁芯時電阻(R)的成分就變得非常多。這是選擇了適用於靜噪的鐵氧體材料 的結果,但就鐵氧體磁芯作為靜噪用,與高阻抗限製電流的效果相比,由磁損耗來消耗噪聲能量的效果更為顯著。

圖1 鐵氧體磁芯靜噪效果
[page]鐵氧體磁芯的規格和性能
鐵氧體磁芯的靜噪性能會因鐵氧體的材料和形狀而變化。
daocilvyintieyangtidecailiaoeryi,yincizukangyebutong。lingwai,zukangdedianzuchengfenhediankangchengfendebilvyeyincailiaoeryi。danshi,zuoweijingzaoyongchushoudetieyangticixincailiaoshizhuanmenzhenduijingzaoxiaoguoeryanzhide,yincibulunxuanzeshenmeyangdecailiao,zaitexingshangyebuhuicunzaihendachayi。

圖2 不同的鐵氧體材料在性能上的差異
導線通過環狀磁芯的次數(圈數)增加時,電感就增加(圈數乘2的比例),因此阻抗也增加。但導線繞2圈以上時,繞線 開始處(入口)和繞線結束處(出口)接近,其間具有雜散電容,高頻噪聲會經過該雜散電容,從而降低了高頻性能。因此,對降低噪聲所需頻率數的考量,需要設 定以下兩項內容,即是選擇增加圈數重視低頻區域,還是減少圈數重視高頻區域。

圖3 圈數與阻抗的關係
阻抗會隨著圈數的增加而增加。但繞2圈以上時,就會因繞線開始處和繞線結束處的接近而降低高頻性能。[page]
另外,如圖4所示鐵氧體磁芯的尺寸會影響其性能。因此,盡可能選擇內徑小、截麵積大的環形磁芯。

圖4 鐵氧體磁芯的尺寸和性能
作為共模扼流線圈用的鐵氧體磁芯
鐵氧體磁芯因其使用方便,常通過電纜被廣泛使用。但該電纜與接口電纜和電源電纜等 數shu根gen電dian纜lan並bing行xing布bu線xian,常chang會hui產chan生sheng共gong模mo噪zao聲sheng問wen題ti。在zai這zhe種zhong情qing況kuang下xia,共gong模mo扼e流liu線xian圈quan對dui靜jing噪zao是shi有you效xiao的de,可ke以yi將jiang電dian纜lan集ji中zhong通tong過guo一yi個ge鐵tie氧yang體ti磁ci芯xin,作zuo為wei共gong模mo扼e流liu圈quan發fa揮hui功gong效xiao。在zai通tong 過(guo)單(dan)端(duan)布(bu)線(xian)數(shu)根(gen)信(xin)號(hao)線(xian)接(jie)口(kou)電(dian)纜(lan)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia),共(gong)模(mo)扼(e)流(liu)線(xian)圈(quan)難(nan)以(yi)布(bu)線(xian)。但(dan)如(ru)使(shi)用(yong)鐵(tie)氧(yang)體(ti)磁(ci)芯(xin),就(jiu)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)集(ji)中(zhong)電(dian)纜(lan)穿(chuan)過(guo)鐵(tie)氧(yang)體(ti)磁(ci)芯(xin)的(de)方(fang)式(shi),簡(jian)單(dan)地(di)實(shi)現(xian)共(gong)模(mo)扼(e)流(liu)線(xian)圈(quan)的(de) 功能。

圖5 作為共模扼流圈發揮功效的鐵氧體磁芯
形狀各異的鐵氧體磁芯
以上為大家介紹了環狀鐵氧體磁芯,此外,還有其他形狀各異的鐵氧體磁芯也逐漸商品化了。有配合扁平型電纜和 FPC(柔性電路板)形狀的寬幅薄型成形產品,可以不通過電纜,也能使用的分割組裝型磁芯產品等等。另外還有非環狀的、平麵狀產品。這是貼於IC等有電磁 波輻射的地方,利用鐵氧體的磁損耗來降低通過這裏的電磁波吸收效果。

圖6 形狀各異的鐵氧體磁芯
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