EMC 用电感器及软磁材料

EMC用电感器及软磁材料
近年来,电子技术,特别是电力电子技术的飞速发展,导致系统和各种元器件向高频化、数字化、高功率化、高集成化和电子线路低压化的方向发展,这进一步导致了电磁干扰(或噪声)问题的发生和一个新的领域即电磁兼容(EMC)领域的出现。目前,对电磁兼容性的较准确的定义是:对于系统、整机、部件和元件来说,“它们所具有的,既不影响周围电磁环境、又不受周围电磁环境的影响、其本身不会发生性能恶化和误动作,而能正常工作的能力”。
电磁干扰(或噪声)抑制技术通常包括以下内容:
(1)传导干扰抑制技术(共模、差模滤波,去耦,隔离技术)
(2)屏蔽技术(电屏蔽,磁屏蔽)
(3)接地技术
(4)噪声补偿技术等
本文重点介绍近年来(1)和(2)项中所使用的软磁材料进展。
对于电子变压器行业来说,在EMC领域中最关心的实用问题是:A. 近年来出现的新的磁性电感元器件及其软磁新材料。B. EMC用滤波电感器的最佳磁芯材料的选择。C. EMC用滤波电感器的设计。
万次火柴众所周知,对于几十MHz以上射频段的干扰的滤波电感器,通常采用镍锌铁氧体等软磁材料,例如,用于抑制数字线电缆及电源线电缆的射频(传导及辐射)干扰等。本文仅介绍该频段以下的涉及传导干扰EMC领域中的问题,工业上用于该频段EMC的电感磁芯软磁材料有:薄硅钢,薄铁镍坡莫合金(Permalloy),锰锌铁氧体,镍锌铁氧体,铁粉芯,铁硅铝粉芯(Sendust),高磁通铁镍50粉芯(HF),铁镍钼粉芯(MPP)等,80年代和90年代又先后出现了非晶(Amorphous)和铁基纳米晶(Nanocrystallion或超微晶)等新型软磁材料,本文重点介绍这些材料磁芯的最新发展尤其是非晶和铁基纳米晶磁芯的进展,并按“传导干扰”和“磁屏蔽”两部分加以叙述。
恒温扩增仪1.EMC传导干扰及其抑制用软磁材料
EMC传导干扰是从电源导线或信号线进行传播的,EMC传导干扰及其抑制技术包括了三方面的问题:
A.本系统对市电网络的噪音(NOIS) 干扰及其抑制
B.抵抗市电网络的噪音对本系统的干扰及其抑制
C.本系统对下游负载的干扰及其抑制
A,B.两项与通常的“电源线滤波器”有关
磁流变阻尼器电源线滤波器的基本线路
婴幼儿服装裁剪电源线滤波器的作用是抑制共模和差模干扰,共模和差模干扰噪音的来源以及在线路中的流向示于图1,由图可见,抑制这些干扰应采取不同的方法,通常电源线滤波器的基本线路如图2,两级共模滤波电感L1,L2和差模电感L3同相应的共模和差模电容配合,可以达到如图3一例的噪声衰减效果。
等离子体发生器
按传导干扰噪音的种类分类,可分为以下几种抑制技术:
共模干扰及滤波(AC及DC电源线滤波)
差模干扰及滤波(AC及DC电源线滤波)
尖峰干扰及尖峰抑制器(开关电源尖峰抑制,开关器件di/dt衰减等)
低频浪涌干扰及其抑制器(APFCDENG 1)
载波平滑滤波(变换器直流输出,变频或逆变用载波平滑滤波等)
瞬态干扰(脉冲滤波及防雷技术)
本文重点按上述干扰噪音的分类(第4项)分别叙述
1.1 共模干扰及其抑制
众所周知,在不同频率范围,其电磁干扰类型、传播机制及其抑制技术是不同的,例如,对于共模干扰来说,在1-10MHz频段,其干扰衰减特性主要与线圈匝间电容等因素有关,在大于10MHz时,其它诸多因素,如漏感、总损耗等开始显现作用,而对于0.01-1MHz频段,电感器磁芯的电感量及其频率特性则起重要作用,下面着重介绍电感器磁芯的特性。
1.1.1共模噪声及共模滤波电感器的工作原理:
图4示出了共模电感器磁芯的工作原理,为了避免电源线间的低频(50Hz) 差模大电流对磁芯的饱和,两组线圈反绕,使差模电流产生的磁场相互抵消(如左图),与此
同时,磁芯对于高频共模噪音电流流向的磁场则不会抵消(如右图),要求有高的电
感量和阻抗,因此共模电感器磁芯属于高频高磁导率磁芯。
1.1.2 共模电感器对磁芯软磁材料的要求:
●在重点噪音频段内具有高的初始磁导率μi,可保证共模电感器有高的电感量或在同样电感量时有低的匝数和分布电容,以便达到高的插入损耗。
●高饱和磁感BS,抵抗高幅值的干扰尖峰不饱和。
●更宽的μi频率特性。
●好的温度特性( - 40-+120℃)。水泥灌浆料
●实际应用中,要求能在非平衡电流(如漏电或三相负载不均衡等)引起的偏磁情况下,磁芯仍保持高磁导率不饱和。
1.1.3 应用软磁材料(表1)
工业上,共模磁芯通常使用软磁铁氧体环,尽管近年又出现了μ20000-30000的铁氧体新材料,考虑到工作温度,频率特性等综合因素,其主流仍使用μ7000-10000的铁氧体环,但是,近年来铁基纳米晶磁环开始展现其竞争力,一方面,纳米晶磁环μ80000以上的磁导率,-50至130℃的连续工作温度范围和良好的0-1MHz的频率特性使其共模滤波的综合特性大大提高,另一方面,价格也在逐渐降低,到目前为止,在中、大型磁环领域,其性价比已高出高μ铁氧体环,尤其是在一些应用中,例如,在三相、大功率以及电流不平衡(漏电等)场合,具有线性磁导率(经特殊工艺处理)的纳米晶磁环就有明显的
性能优势,其磁滞回线如图5 各种材料磁芯的性能数据列于表1。
由表1可见,铁基纳米晶WUL 型磁芯有以下特点:
(1) 高初始磁导率μi-利于小型化,减少匝数和分布电容,有更好的共模噪声衰减性能。
(2) 高Bs--高抗饱和特性,良好的抗高幅值浪涌和尖峰干扰性能。
(3) 高居里点Tc--连续工作温度可达140℃(铁氧体只有70-80℃)。
(4) 电感温度系数小-- -40℃至120℃范围内,电感变化率小于10%(铁氧体达

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