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【E讲堂】最全面的磁珠常识总结

一、磁珠的原理磁珠的主要原料为铁氧体。铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料。铁氧体材料为铁镁合金或铁镍合金,它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似,颜色为灰黑色。电磁干扰滤波器中经常使用的一类磁芯

  一、 磁珠的原理

  磁珠的首要原料为铁氧体。铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性资料。铁氧体资料为铁镁合金或铁镍合金,它的制作工艺和机械功用与陶瓷相似,色彩为灰黑色。电磁搅扰滤波器中常常运用的一类磁芯便是铁氧体资料,许多厂商都供给专门用于电磁搅扰按捺的铁氧体资料。这种资料的特色是高频损耗十分大,具有很高的导磁率,他可所以电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下发生的电容最小。关于按捺电磁搅扰用的铁氧体,最重要的功用参数为磁导率μ和饱满磁通密度Bs。磁导率μ能够表明为复数,实数部分构成电感,虚数部分代表损耗,跟着频率的添加而添加。因而,它的等效电路为由电感L和电阻R组成的串联电路,L和R都是频率的函数。当导线穿过这种铁氧体磁芯时,所构成的电感阻抗在方式上是跟着频率的升高而添加,可是在不同频率时其机理是彻底不同的。

  在低频段,阻抗由电感的感抗构成,低频时R很小,磁芯的磁导率较高,因而电感量较大,L起首要效果,电磁搅扰被反射而遭到按捺,并且这时磁芯的损耗较小,整个器材是一个低损耗、高Q特性的电感,这种电感简单形成谐振因而在低频段,有时或许出现运用铁氧体磁珠后搅扰增强的现象。

  在高频段,阻抗由电阻成分构成,跟着频率升高,磁芯的磁导率下降,导致电感的电感量减小,感抗成分减小。可是,这时磁芯的损耗添加,电阻成分添加,导致总的阻抗添加,当高频信号经过铁氧体时,电磁搅扰被吸收并转化成热能的方式耗散掉。

  铁氧体按捺元件广泛运用于印制电路板、电源线和数据线上。如在印制板的电源线进口端加上铁氧体按捺元件,就能够滤除高频搅扰。铁氧体磁环或磁珠专用于按捺信号线、电源线上的高频搅扰和尖峰搅扰,它也具有吸收静电放电脉冲搅扰的才干。

  两个元件的数值巨细与磁珠的长度成正比,并且磁珠的长度对按捺效果有明显影响,磁珠长度越长按捺效果越好。

  二、 磁珠的结构特色

  当导线中电流穿过期,铁氧体对低频电流简直没有什么阻抗,而对较高频率的电流会发生较大衰减效果。高频电流在其间以热量方式发出,其等效电路为一个电感和一个电阻串联,两个组件的值都与磁珠的长度成份额。磁珠品种许多,制作商应供给技术指标阐明,特别是磁珠的阻抗与频率联系的曲线。有的磁珠上有多个孔洞,用导线穿过可添加组件阻抗(穿过磁珠次数的平方),不过在高频时所添加的按捺噪声才干不或许如预期的多,而用多串联几个磁珠的方法会好些。

  铁氧体是磁性资料,会因经过电流过大而发生磁饱满,导磁率急剧下降。大电流滤波应选用结构上专门规划的磁珠,还要留意其散热方法。铁氧体磁珠不只可用于电源电路中滤除高频噪声(可用于直流和沟通输出),还可广泛运用于其它电路,其体积能够做得很小。特别是在数字电路中,因为脉冲信号含有频率很高的高次谐波,也是电路高频辐射的首要本源,所以可在这种场合发挥磁珠的效果。铁氧体磁珠还广泛运用于信号电缆的噪声滤除。

  三、 磁珠器首要特性参数

  1、直流电阻DCResistance(mohm):直流电流经过此磁珠时,此磁珠所出现的电阻值。

  2、额定电流RatedCurrent(mA):表明磁珠正常作业时的最大答应电流。

  3、阻抗[Z]@100MHz(ohm):这儿所指的是沟通阻抗。

  4、阻抗-频率特性:描绘阻抗值随频率改变的曲线。

  5、电阻-频率特性:描绘电阻值随频率改变的曲线

  6、感抗-频率特性:描绘感抗随频率改变的曲线。

  四、 磁珠和电感的差异

  电感是储能元件,而磁珠是能量转化(耗费)器材。电感多用于电源滤波回路,侧重于遏止传导性搅扰;磁珠多用于信号回路,首要用于EMI方面。磁珠用来吸收超高频信号,象一些RF电路,PLL,振荡电路,含超高频存储器电路(DDR,SDRAM,RAMBUS等)都需求在电源输入部分加磁珠,而电感是一种储能元件,用在LC振荡电路、中低频的滤波电路等,其运用频率规模很少超越50MHz。

  1.片式电感:在电子设备的PCB板电路中会许多运用理性元件和EMI滤波器元件。这些元件包含片式电感和片式磁珠,以下就这两种器材的特色进行描绘并剖析他们的一般运用场合以及特别运用场合。外表贴装元件的优点在于小的封装尺度和能够满意实践空间的要求。除了阻抗值,载流才干以及其他相似物理特性不同外,通孔接插件和外表贴装器材的其他功用特色根本相同。在需求运用片式电感的场合,要求电感完成以下两个根本功用:电路谐振和扼流电抗。谐振电路包含谐振发生电路,振荡电路,时钟电路,脉冲电路,波形发生电路等等。谐振电路还包含高Q带通滤波器电路。要使电路发生谐振,有必要有电容和电感一起存在于电路中。在电感的两头存在寄生电容,这是因为器材两个电极之间的铁氧体本体适当于电容介质而发生的。在谐振电路中,电感有必要具有高Q,窄的电感误差,安稳的温度系数,才干到达谐振电路窄带,低的频率温度漂移的要求。高Q电路具有尖利的谐振峰值。窄的电感偏置确保谐振频率误差尽量小。安稳的温度系数确保谐振频率具有安稳的温度改变特性。 规范的径向引出电感和轴向引出电感以及片式电感的差异仅仅在于封装不一样。电感结构包含介质资料(一般为氧化铝陶瓷资料)上绕制线圈,或许空心线圈以及铁磁性资料上绕制线圈。在功率运用场合,作为扼流圈运用时,电感的首要参数是直流电阻(DCR),额定电流,和低Q值。当作为滤波器运用时,期望宽的带宽特性,因而,并不需求电感的高Q特性。低的DCR能够确保最小的电压降,DCR界说为元件在没有沟通信号下的直流电阻。

  2.片式磁珠:片式磁珠的功用首要是消除存在于传输线结构(PCB电路)中的RF噪声,RF能量是叠加在直流传输电平上的沟通正弦波成分,直流成分是需求的有用信号,而射频RF能量却是无用的电磁搅扰沿着线路传输和辐射(EMI)。要消除这些不需求的信号能量,运用片式磁珠扮演高频电阻的人物(衰减器),该器材答应直流信号经过,而滤除沟通信号。一般高频信号为30MHz以上,可是,低频信号也会遭到片式磁珠的影响。

  片式磁珠由软磁铁氧体资料组成,构成高体积电阻率的独石结构。涡流损耗同铁氧体资料的电阻率成反比。涡流损耗随信号频率的平方成正比。 运用片式磁珠的优点:

  小型化和轻量化。在射频噪声频率规模内具有高阻抗,消除传输线中的电磁搅扰。 闭合磁路结构,更好地消除信号的串绕。 极好的磁屏蔽结构。下降直流电阻,避免对有用信号发生过大的衰减。

  明显的高频特性和阻抗特性(更好的消除RF能量)。在高频扩大电路中消除寄生振荡。 有用的作业在几个MHz到几百MHz的频率规模内。要正确的挑选磁珠,有必要留意以下几点: 不需求的信号的频率规模为多少。 噪声源是谁。 需求多大的噪声衰减。 环境条件是什么(温度,直流电压,结构强度)。 电路和负载阻抗是多少。是否有空间在PCB板上放置磁珠。 前三条经过调查厂家供给的阻抗频率曲线就能够判别。在阻抗曲线中三条曲线都十分重要,即电阻,感抗和总阻抗。总阻抗经过ZR22πfL()2+:=fL来描绘。典型的阻抗曲线可拜见磁珠的DATASHEET。

  经过这一曲线,挑选在期望衰减噪声的频率规模内具有最大阻抗而在低频和直流下信号衰减尽量小的磁珠类型。 片式磁珠在过大的直流电压下,阻抗特性会遭到影响,别的,假如作业温升过高,或许外部磁场过大,磁珠的阻抗都会遭到晦气的影响。

  运用片式磁珠和片式电感的原因: 是运用片式磁珠仍是片式电感首要还在于运用。在谐振电路中需求运用片式电感。而需求消除不需求的EMI噪声时,运用片式磁珠是最佳的挑选。 片式磁珠和片式电感的运用场合: 片式电感: 射频(RF)和无线通讯,信息技术设备,雷达检波器,轿车电子,蜂窝电话,寻呼机,音频设备,PDAs(个人数字助理),无线遥控体系以及低压供电模块等。片式磁珠: 时钟发生电路,模仿电路和数字电路之间的滤波,I/O输入/输出内部连接器(比方串口,并口,键盘,鼠标,远程电信,本地局域网),射频(RF)电路和易受搅扰的逻辑设备之间,供电电路中滤除高频传导搅扰,计算机,打印机,录像机(VCRS),电视体系和手提电话中的EMI噪声遏止。

  五、 磁珠的选用

  1. 磁珠的单位是欧姆,而不是亨特,这一点要特别留意。因为磁珠的单位是依照它在某一频率 发生的阻抗来标称的,阻抗的单位也是欧姆。磁珠的DATASHEET上一般会供给频率和阻抗的特性曲线图,一般以100MHz为规范,比方1000R@100MHz,意思便是在100MHz频率的时分磁珠的阻抗适当于600欧姆。

  2. 一般滤波器是由无损耗的电抗元件构成的,它在线路中的效果是将阻带频率反射回信号源,所以这类滤波器又名反射滤波器。当反射滤波器与信号源阻抗不匹配时,就会有一部分能量被反射回信号源,形成搅扰电平的增强。为处理这一弊端,可在滤波器的进线上运用铁氧体磁环或磁珠套,运用滋环或磁珠对高频信号的涡流损耗,把高频成分转化为热损耗。因而磁环和磁珠实践上对高频成分起吸收效果,所以有时也称之为吸收滤波器。

  不同的铁氧体按捺元件,有不同的最佳按捺频率规模。一般磁导率越高,按捺的频率就越低。此外,铁氧体的体积越大,按捺效果越好。在体积一守时,长而细的形状比短而粗的按捺效果好,内径越小按捺效果也越好。但在有直流或沟通偏流的情况下,还存在铁氧体饱满的问题,按捺元件横截面越大,越不易饱满,可接受的偏流越大。

  EMI吸收磁环/磁珠按捺差模搅扰时,经过它的电流值正比于其体积,两者失调形成饱满,下降了元件功用;按捺共模搅扰时,将电源的两根线(正负)一起穿过一个磁环,有用信号为差模信号,EMI吸收磁环/磁珠对其没有任何影响,而关于共模信号则会表现出较大的电感量。磁环的运用中还有一个较好的方法是让穿过的磁环的导线重复绕几下,以添加电感量。能够依据它对电磁搅扰的按捺原理,合理运用它的按捺效果。

  铁氧体按捺元件应当安装在接近搅扰源的当地。关于输入/输出电路,应尽量接近屏蔽壳的进、出口处。对铁氧体磁环和磁珠构成的吸收滤波器,除了应选用高磁导率的有耗资料外,还要留意它的运用场合。它们在线路中对高频成分所出现的电阻大约是十至几百Ω,因而它在高阻抗电路中的效果并不明显,相反,在低阻抗电路(如功率分配、电源或射频电路)中运用将十分有用。

  六、 定论

  因为铁氧体能够衰减较高频一起让较低频简直无阻止地经过,故在EMI操控中得到了广泛地运用。用于EMI吸收的磁环/磁珠可制成各种的形状,广泛运用于各种场合。如在PCB板上,可加在DC/DC模块、数据线、电源线等处。它吸收地点线路上高频搅扰信号,但却不会在体系中发生新的零极点,不会损坏体系的安稳性。它与电源滤波器合作运用,可很好的弥补滤波器高频端功用的缺乏,改进体系中滤波特性。

  磁珠有很高的电阻率和磁导率,他等效于电阻和电感串联,但电阻值和电感值都随频率改变。 他比一般的电感有更好的高频滤波特性,在高频时出现阻性,所以能在适当宽的频率规模内坚持较高的阻抗,然后进步调频滤波效果。

  作为电源滤波,能够运用电感。磁珠的电路符号便是电感可是类型上能够看出运用的是磁珠在电路功用上,磁珠和电感是原理相同的,仅仅频率特性不同算了。

  磁珠由氧磁体组成,电感由磁心和线圈组成,磁珠把沟通信号转化为热能,电感把沟通存储起来,缓慢的开释出去。

  磁珠对高频信号才有较大阻止效果,一般标准有100欧/100mMHZ ,它在低频时电阻比电感小得多。

  铁氧体磁珠 (Ferrite Bead) 是现在运用开展很快的一种抗搅扰组件,廉价、易用,滤除高频噪声效果明显。

  在电路中只需导线穿过它即可(我用的都是象一般电阻容貌的,导线已穿过并胶合,也有外表贴装的方式,但很少见到卖的)。当导线中电流穿过期,铁氧体对低频电流简直没有什么阻抗,而对较高频率的电流会发生较大衰减效果。高频电流在其间以热量方式发出,其等效电路为一个电感和一个电阻串联,两个组件的值都与磁珠的长度成份额。磁珠品种许多,制作商应供给技术指标阐明,特别是磁珠的阻抗与频率联系的曲线。

  有的磁珠上有多个孔洞,用导线穿过可添加组件阻抗(穿过磁珠次数的平方),不过在高频时所添加的按捺噪声才干不或许如预期的多,而用多串联几个磁珠的方法会好些。

  铁氧体是磁性资料,会因经过电流过大而发生磁饱满,导磁率急剧下降。大电流滤波应选用结构上专门规划的磁珠,还要留意其散热方法。

  铁氧体磁珠不只可用于电源电路中滤除高频噪声(可用于直流和沟通输出),还可广泛运用于其它电路,其体积能够做得很小。特别是在数字电路中,因为脉冲信号含有频率很高的高次谐波,也是电路高频辐射的首要本源,所以可在这种场合发挥磁珠的效果。

  铁氧体磁珠还广泛运用于信号电缆的噪声滤除。

  以常用于电源滤波的HH-1H3216-500为例,其类型各字段意义依次为:

  HH 是其一个系列,首要用于电源滤波,用于信号线是HB系列;

  1 表明一个组件封装了一个磁珠,若为4则是并排封装四个的;

  H 表明组成物质,H、C、M为中频运用(50-200MHz),

  T低频运用(<50MHz),S高频运用(>200MHz);

  3216 封装尺度,长3.2mm,宽1.6mm,即1206封装;

  500 阻抗(一般为100MHz时),50 ohm。

  其产品参数首要有三项:

  阻抗[Z]@100MHz (ohm) : Typical 50, Minimum 37;

  直流电阻DC Resistance (m ohm): Maximum 20;

  额定电流Rated Current (mA): 2500.

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