铁氧体磁环在EMI电源滤波器中使用时受压应力影响的试验

随着现代电子设备、通信设备的迅速发展，对随之而产生的电磁干扰影响到其它邻近的电子设备正常运行的问题已引起了世界范围的关注。国内外先后在抗电磁干扰方面采取了一系列措施，并对电力设备、汽车、无线电接受机、家电产品及办公室设备、信息技术设备等制定了电磁辐射环境保护的法令及电磁兼容强制性的标准。
在众多抗电磁干扰的措施中，EMI电源滤波器是一种很有效的器件，它是由无源元件（，，C）构成的无源低通网络，能够同时衰减共模EMI信号和差模EMI信号。其中对共模干扰信号起主要抑制作用的共模扼流圈大都使用铁氧体磁环作磁芯，因为在大多数情况下所有元件都是装配在屏蔽的金属或不屏蔽的塑料外壳中，并用一种自硬化、阻燃的热塑合成树脂作为灌封材料，所以对铁氧体磁环除了要求高磁导率和良好的高频特性外，还要求磁环的电感量在热塑灌封后不应有较大的降低。为此，我们对国产的两个规格的铁氧体磁环抽样进行相应的试验。

1 试验样品
1）磁环样品：φ50×25×20mm（H50/25/20）和φ56×26×20mm（H56/26/20）。
2）磁环材料：高磁导率R7K材料。
3）测试仪器：
①TH2817型LRC数字电桥（常州同惠电子有限公司制造）
②CD24型RLC三用表（南京无线电仪器厂制造）
③HP4195A网络频谱分析仪（美国惠普公司制造）
4）绕线及灌封前磁环的单匝电感量（μH）见表1。

5）绕线及灌封前磁环用HP4195A网络频谱分析仪在100kHz至30MHz频段内，分别测量其Ls，Rs，Q特性曲线，见图1和图2。




2 试验目的
测试磁环绕线成共模扼流圈装配到滤波器外壳中，经环氧树脂热塑灌封后，压应力对电感量的影响。

3 试验方法
3.1 共模扼流圈的绕制
磁环用黄腊绸包裹后，用相同的绕制方法（φ1.60mm漆包线，三线并绕，五匝，四组）绕成共模扼流圈，对应磁环的编号编为：线圈H50_1#、2#、3#、4#和线圈H56_1#、2#、3#、4#。
3.2 滤波器的装配
将两个线圈为一组装配成滤波器（DL-35EAL1），电路见图3所示。
3.3 环氧灌封
（1）线圈H50_1#和线圈H50_2#组合装配成DL-35EAL1_1#，用环氧料60#，将线圈组合盖满。
（2）线圈H50_3#和线圈H50_4#组合装配成DL-35EAL1_2#，用环氧料60#，灌注到线圈组合的1/3高度。
（3）线圈H56_1#和线圈H56_2#组合装配成DL-35EAL1-3#，用环氧料40#，将线圈组合盖满。
（4）线圈H56_3#和线圈H56_4#组合装配成DL-35EAL1_4#，用环氧料60#，将线圈组合盖满。
注：①环氧料40#：环氧树脂（618#）成份少，固化剂成份高。环氧料60#：环氧树脂成份多，固化剂成份少。
②灌封工艺：将环氧料加热到50℃进行灌注，工作环境温度约20℃。固化过程见图4所示。

3.4 测试结果
（1）测试灌封前后的单个线圈的电感量和滤波器的总电感量，其结果见表2。灌封前测试环境温度为18℃，灌封后为15℃。
（2）用HP4195A网络频谱分析仪在50Ω测试系统，10kHz至30kHz频段内测量滤波器共模插入损耗衰减值（dB），来比较灌封环氧料前后的差别，见图5所示。


4 结果分析
1）对于高磁导率铁氧体磁环的高频特性：从表2中可以看到，较大的磁环（H56）在100kHz时，其总电感量降低（约35%）较明显。我们也曾对H68和H80的磁环进行测试，其总电感量在高频段时降低的幅度还要大。
2）环氧树脂的含量：在对H56磁环的试验中发现，固化剂含量高的，由于收缩量大而使总电感量下降较大（约60%）。
3）环氧灌封程度：通过对H50磁环的试验中得出，灌封1/3线圈高度的样品，其总电感量下降较小（约7%），而盖满线圈的下降较大（约40%）。

4）从图5中可以看到，环氧灌封对滤波器的衰减性能有一定的影响。总体来说，除了改进高磁导率铁氧体材料的高频特性外，减少受压应力的影响也是至关重要的。在应用中，尽量避免过大的压应力也是措施之一，例如在保证元件在滤波器内得以固定的前提下，减少环氧灌注量等。

以上试验是在大量生产中抽样进行的，另外各个工厂生产的磁环特性也各有所异，如表1和图1、图2的特性曲线中可以明显看出H50磁环的一致性较H56磁环要好些。