本篇文章主要介紹了用鐵硅鋁磁粉芯制作的單級和雙級濾波器的頻率響應特性。對應用三種不同磁粉芯材料（鐵鎳鉬合金、50％鐵鎳合金、鐵硅鋁合金）所制成的濾波器的性能進行了測試，并給出相關的特性曲線。

一、引言

鐵鎳鉬合金MPP，高磁通鐵鎳50％HF合金和鐵硅鋁合金SUPERMSS等三種不同材料的磁粉芯已被廣泛地應用在電源濾波電感之中。特別是在抑制和過濾差模傳導EMI的線路濾波（PowerLineFiltering）電路中，上述三種磁粉芯都有獨具特色的應用。本文將從濾波電路簡介開始，再通過實例說明使用多只電感器在濾波電路中的優點。

除此之外，還將對上述三種不同磁粉芯材料所制作的電感器，在一定的工作頻率和不同電流下所產生的功率損耗和電感穩定性做逐一對比。對應不同的工作頻率，電感器可以得到不同的等效串聯電感，等效串聯電阻和等效串聯阻抗，這些數值反映了繞線分布電容大小和磁粉芯中渦流損耗的大小。

圖1 單級和雙級濾波器示意圖

(a)單級濾波器（15A）(b)雙級濾波器（15A）

二、單級與多級濾波器

在電力和電子功率變換系統中，濾波器均采用LC電路。這種濾波器一般為“低通濾波器”。

濾波器設計非常復雜，需要數學計算，計算機輔助工程和實際經驗相結合。

本文考慮兩種濾波器，如圖1所示，一種是單級（一只電感和一只電容組成），另一種是雙級（兩只電感和兩只電容）。

接有濾波器的電路具有明顯的頻率響應特性，但是由于負載和電源的阻尼作用，頻率響應又是有限的。在實際應用中，還要考慮電感器繞組電阻，磁粉芯損耗，電容器引線、電極和介質損耗影響。更高頻率下的損耗構成附加阻尼有利于濾波器穩定運行。而且寄生參數（如電容器引線電感和電感繞組的分布電容）都會對濾波器性能產生影響。

寄生參數如圖2所示，RS為電感器的等效串聯電阻，RC為電容器的等效串聯電阻。

用幾種型號的美國阿諾公司SUPER－MSS鐵硅鋁磁粉芯制做單級濾波器和雙級濾波器，具體設計參數為：

圖2 單級濾波器中考慮寄生參數的電路圖和實驗及源負載示意圖

圖3 等效串聯電感和電阻與頻率的關系曲線

圖4 等效并聯電容和電阻與頻率之間的關系曲線

圖5 增益和相位與頻率的關系曲線（對單級濾波器）

圖6 增益和相位與頻率的關系曲線（對雙級濾波器電路）

圖7 復合增益和相位與頻率關系曲線（對單級和雙級濾波器）

（1）單級濾波器電感磁芯采用一只鐵硅鋁MS－130060－2型(磁導率為60)，電感量為13.2μH，電感繞組導線采用3股18AWG線規漆包線，DC直流電阻值為4.5mΩ，電容器采用一只聚丙烯電容，電容量為15μF。

（2）雙級濾波器兩只電感分別采用兩只鐵硅鋁MS－106060－2型（磁導率為60），每只電感量為7.95μH，電感繞組導線也采用與單級濾波器相同的三股18AWG漆包線，圈數為10圈，電感總電阻為5.4mΩ，電容器分別采用兩只聚丙烯電容，電容量分別為15μF。由于每只電感所繞的圈數少，所以在同樣電流下所產生的直流磁場強度要低14.5％。

對該二種濾波器的頻率響應特性，用HP4194A阻抗/增益－相位分析儀進行測試，實驗信號電壓0.5Vrms。結果如圖3、圖4、圖5、圖6、圖7所示。

從圖3可以看到，兩種濾波電路（單級和雙級）的等效串聯電感量（Ls）和電阻值（Rs）隨頻率變化的曲線。電感量大的單級濾波器的自振頻率在26MHz，電感量小的雙級濾波器在40MHz以上時還具有電感特性?；蛘哒f電感量小的雙級濾波器，其工作頻率范圍較寬。

圖4顯示了電容器有關數值與頻率的關系曲線，即等效并聯電容（Cp）和等效并聯電阻（Rp）隨頻率變化的曲線。可以看到，電容器與其引線電感發生諧振的頻率大約在250kHz。

為了說明多級濾波電路的優點，現把單級和雙級濾波器的頻率響應曲線分別示于圖5和圖6。測試條件使用了最偏離電源的電路工作參數，輸入源阻抗為50Ω，負載阻抗也是50Ω。在典型的電路中，阻抗值是變化的，并不總是匹配的，尤其在低頻下，阻抗值會非常低。雖然實驗條件與實際應用的電路條件不一樣，但是，實驗結果表明，用來對單級濾波器和雙級濾波器做對比，可以得到許多有用的實驗數據。