4、磁心材料非线性的影响
根据如图10所示的一种铁氧体磁心材料的复磁导率曲线,磁导率的实部表示电感元件的阻性部分也就是损耗,虚部代表感性部分。可以看到随着频率的增加,磁导率的实部和虚部并不是一根直线,存在着与频率有关的非线性。
铁氧体磁心材料的复磁导率计算公式如下:
L0表示当相对磁导率为1时的电感值:
图11. 共模电感理论与测试阻抗曲线
由于EMI滤波器的有效工作频率为150kHz~30MHz,必须考虑磁心材料的非线性特性。否则对于集成EMI滤波器的模型分析在高频时将与实际情况差别较大,也就失去了分析的意义。图11中给出了CM电感的计算与测试阻抗曲线,其中分别给出了考虑磁心非线性和不考虑磁心非线性的阻抗曲线。可以看到,考虑磁心非线性的模型在高频段与测试曲线吻合的更好。
5、实验
根据前面提出的集成结构与方法,设计并制作了一个集成EMI滤波器的样机,图12中给出了它的照片。磁心选用的为东磁的UF33,材料为R10K,初始磁导率为10000。在磁心的两个边柱上分别绕制了一个柔性多层带材绕组,匝数为19匝。此绕组由4层带材结构组成:
⑴ 绝缘层,厚度60um;
⑵ 铜箔层,厚度70um;
⑶ 介质层,厚度23um;
⑷ 铜箔层,厚度18um。
绕组的总长度为1160mm。铜箔宽度为8mm。采用的介质材料为聚丙烯。采用的绝缘材料为聚酰亚胺。
图13用网络/频谱分析仪测量得到集成EMI滤波器的共模插入损耗,图14为集成EMI滤波器的差模插入损耗。在开关电源中通常共模干扰占主导。集成EMI滤波器的共模插入曲线在150kHz~30MHz范围内具有较好的衰减性能,不过在4MHz~6MHz处有一个反向的尖峰可能对性能造成影响。
为了检验样机的滤波特性,采用了一台单相的前端变换器产品,把集成EMI滤波器嵌入其中,如图15所示。