材料特性
铁氧体磁芯是以氧化铁为主要成分的一种陶瓷材料,通过混合铁和其他一些材料来控制其磁性质。
铁氧体大致分为“硬铁氧体”和“软铁氧体”两类。硬铁氧体具有像磁铁一样的永久磁化特性,而相对的,软铁氧体则像线圈的磁芯材料一样,仅在磁场存在时才会被磁化。
在这两类中,用于噪声对策的铁氧体磁芯属于软铁氧体。
形状特性
形状特性是描述铁氧体磁芯的透磁率与阻抗关系时使用的参数,通过称为“核常数”的系数来计算。
这里以铁氧体磁芯中最基本的形状——环形磁芯(Toroidal Core)为基准来观察核常数。核常数有C1和C2这两个系数,它们各自可以通过所展示的公式计算得出。
然后,基于这两个核常数C1和C2,可以计算出铁氧体磁芯的“横截面积”和“磁路长度”,进而得出铁氧体磁芯的阻抗。
基于这个公式查看铁氧体磁芯的阻抗,具有以下特征的磁芯将会具备更高的阻抗:
1、截面面积更大
2、磁路长度更短
3、透磁率更高
顺便提及,关于复透磁率的关系:
当以铁氧体磁芯的阻抗和电感性能表示时,复透磁率的实部 μ’ 和虚部 μ” 分别对应于电感和阻抗成分。
μ’ 表示电感成分,它与磁芯的电感值具有直接关系。
μ” 表示电阻成分,与磁芯中电流的能量损耗相关。
铁氧体磁芯的电气性能如刚才提到的阻抗所示,值得注意的是阻抗与线圈的匝数的平方成正比。按照平方关系,若线圈匝数增至两圈,阻抗会增加到原来的四倍;若增至三圈,则阻抗会增至九倍。
因此,从噪声对策的角度看,阻抗越高,可以期待越大的噪声抑制效果。所以相较于串联安装多个铁氧体磁芯,增加单个铁氧体磁芯的匝数将是更有效的噪声对策方法。
噪声对策效果的原理
铁氧体磁芯抗噪效果的原理:铁氧体磁芯比空气能够吸收更多的磁场。当铁氧体磁芯安装在电缆上时,它可以捕获由噪声电流产生的磁场,并将这些磁场转化为热量,从而抑制噪声。
噪声对策
正常模式噪声对策
对于正常模式噪声,需要在电流流动的电线上逐一安装铁氧体磁芯。
共模噪声对策
另一方面,对于共模噪声,在噪声电流方向相同的电线上绑成一束,并安装铁氧体磁芯。
在这种情况下,需要根据噪声的流向来调整安装方法。
即使统称为共模噪声对策,但由于噪声的流向不同,铁氧体磁芯的安装方法需要相应改变,因此需要格外注意。
噪声的传导模式检出
噪声的传导模式可以通过测量每个传导模式的电流来判断。
此外,使用铁氧体磁芯也可以自制用于检测电流的探头。
频率带(磁体材料)
接下来重要的是需要进行噪声对策的“频率”。铁氧体磁芯的材质不同,对不同频率带的噪声有不同的效果。
通常认为,针对低频噪声(~1MHz)高透磁率的锰系铁氧体磁芯更有效。而对于高频率(1MHz~)的噪声,透磁率较低的镍系铁氧体磁芯可能具有更高的阻抗。
阻抗(匝数和尺寸)
在噪声对策中,阻抗越高,对噪声的抑制效果越大,因此选择阻抗高的铁氧体磁芯十分重要。此外,铁氧体磁芯的阻抗可以从匝数(Turns)和尺寸(Size)两个方面来考虑
匝数
铁氧体磁芯的匝数是由穿过磁芯内部的电线的条数来定义。
并且铁氧体磁芯的阻抗与匝数的平方成正比。
因此,如果希望获得更高的阻抗,增加匝数比将多个铁氧体磁芯串联更为有效。
大小
即便是相同材料的铁氧体磁芯,其尺寸不同也会导致阻抗(电感)的差异。
其中与尺寸相关的参数包括“s:截面面积”和“l:磁路长度”,截面面积越大,磁路长度越短,则阻抗越高。
因此,对于铁氧体磁芯来说,内径较小、外径较大、且长度较长的磁芯具有更高的阻抗。