磁珠的原理、参数、作用、选型

2020-7-25 10:07:03 3502 磁珠

0 磁珠的全称为铁氧体磁珠滤波器，是目前应用发展很快的一种抗干扰元件，廉价、易用，滤除高频噪声效果显著。还有一种是近年来问世的一种超小型非晶合金磁性材料制作的磁珠，它和铁氧体不是同一种材料。磁珠的主要原料为铁氧体，是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料。铁氧体材料是铁镁合金或铁镍合金，这种材料具有很高的导磁率，他可以是电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容最小。铁氧体材料通常在高频情况下应用，因为在低频时他们主要呈电感特性，使得线上的损耗很小。在高频情况下，他们主要呈电抗特性比并且随频率改变。实际应用中，铁氧体材料是作为射频电路的高频衰减器使用的。实际上，铁氧体较好的等效于电阻以及电感的并联，低频下电阻被电感短路，高频下电感阻抗变得相当高，以至于电流全部通过电阻。铁氧体是一个消耗装置，高频能量在上面转化为热能，这是由他的电阻特性决定的。对于抑制电磁干扰用的铁氧体，最重要的性能参数为磁导率μ和饱和磁通密度Bs。它的等效电路为一个电感和一个电阻串联，两个元件的值都与磁珠的长度成比例。当导线穿过这种铁氧体磁芯时，所构成的电感阻抗是随着频率的升高而增加。高频电流在其中以热量形式散发。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，因此电感量较大，L起主要作用，电磁干扰被反射而受到抑制，并且这时磁芯的损耗较小．整个器件是一个低损耗，高Q特性的电感。这种电感容易造成谐振．因此在低频段有时可能出现使用铁氧体磁珠后，干扰增强的现象。在高频段，阻抗由电阻成分构成，随着频率升高，磁芯的磁导率降低，导致电感的电感量减小，感抗成分减小。这时磁芯的损耗增加，电阻成分增加，导致总的阻抗增加。当高频信号通过铁氧体时，电磁干扰被吸收并转换成热能的形式耗散掉。铁氧体抑制元件广泛应用于印制电路板．在电源线和数据线上，如在印制板的电源线入口端加铁氧体抑制元件．就可以滤除高频干扰。铁氧体磁环或磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频干扰和尖峰干扰，它也具有吸收静电放电脉冲干扰的能力。电感是储能元件，而磁珠是能量转换(消耗)器件。电感多用于电源滤波回路，侧重于抑制传导性干扰；磁珠多用于信号回路，主要用于EMI(电磁兼容)方面。磁珠用来吸收超高频信号，例如在一些RF电路、PLL、振荡电路、含超高频存储器电路等，都需要在电源输入部分加磁珠。电感是一种储能元件，多用在LC振荡电路、中低频的滤波电路等，其应用频率范围很少超过50MHz。 1、磁珠的单位是欧姆，而不是亨特。磁珠的单位是按照它在某一频率产生的阻抗来标称的，阻抗的单位也是欧姆。磁珠的数据参数表(DATASHEET)上，一般会提供频率和阻抗的特性曲线图．常以100MHz为标准，比如600R 100MHz，意思就是在100MHz频率时磁珠的阻抗相当于600欧姆。例如某磁珠参数为120ohm，25％,3A,1206，其中120ohm是指在频率100MHz时，该磁珠的阻抗值为120欧姆；25％是指上述阻抗所允许的误差是±25％；3A是指该磁珠标称允许流过的最大电流；1206是指该磁珠的外形尺寸，EIAl206(英制：英寸)等同于JIS／IEC3216(国际单位制：毫米)，即长3.2mm、宽1.6mm。 2、磁环和磁珠对高频成分起吸收作用，也称为吸收滤波器。普通滤波器是由无损耗的电抗元件构成，在线路中的作用是将阻带频率反射回信号源，这类普通滤波器又叫反射滤波器。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，造成干扰电平的增强。为解决这一弊端，可在滤波器的进线上使用铁氧体磁环或磁珠套，利用磁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。因此磁环和磁珠实际上对高频成分起吸收作用。 3、磁珠抑制开关噪声属于主动抑制型。磁珠不同于普通的噪声滤波器，通常噪声滤波器只能吸收已发生的噪声，属于被动抑制型。磁珠的作用则不同，它能抑制开关噪声的产生．属于主动抑制型，这是二者的根本区别。磁珠可广泛用于高频开关电源、录像机、电子测量仪器、以及各种对噪声要求非常严格的电路中。不同的铁氧体抑制元件，有不同的最佳抑制频率范围。通常磁导率越高，抑制的频率就越低。此外，铁氧体的体积越大，抑制效果越好。在体积一定时，长而细的形状比短而粗的抑制效果好，内径越小抑制效果也越好。但在有直流或交流偏流的情况下，还存在铁氧体饱和的问题，抑制元件横截面越大，越不易饱和，可承受的偏流也越大。片式磁珠由软磁铁氧体材料组成，构成高体积电阻率的独石结构。涡流损耗同铁氧体材料的电阻率成反比。涡流损耗随信号频率的平方成正比。使用片式磁珠的好处：小型化和轻量化在射频噪声频率范围内具有高阻抗，消除传输线中的电磁干扰。闭合磁路结构，更好地消除信号的串绕。极好的磁屏蔽结构。降低直流电阻，以免对有用信号产生过大的衰减。显著的高频特性和阻抗特性（更好的消除RF能量）。在高频放大电路中消除寄生振荡。有效的工作在几个MHz到几百MHz的频率范围内。什么是片式磁珠，由软磁铁氧体材料组成，构成高体积电阻率的独石结构。涡流损耗同铁氧体材料的电阻率成反比。涡流损耗随信号频率的平方成正比。使用片式磁珠的好处：小型化和轻量化在射频噪声频率范围内具有高阻抗，消除传输线中的电磁干扰。闭合磁路结构，更好地消除信号的串绕。极好的磁屏蔽结构。降低直流电阻，以免对有用信号产生过大的衰减。显著的高频特性和阻抗特性（更好的消除RF能量）。在高频放大电路中消除寄生振荡。有效的工作在几个MHz到几百MHz的频率范围内。　　要正确的选择磁珠，必须注意以下几点： 1、不需要的信号的频率范围为多少； 2、噪声源是谁； 3、需要多大的噪声衰减； 4、环境条件是什么（温度，直流电压，结构强度）； 5、电路和负载阻抗是多少； 6、是否有空间在PCB板上放置磁珠；　　前三条通过观察厂家提供的阻抗频率曲线就可以判断。在阻抗曲线中三条曲线都非常重要，即电阻，感抗和总阻抗。总阻抗通过ZR22πfL（）2+：=fL来描述。通过这一曲线，选择在希望衰减噪声的频率范围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型号。片式磁珠在过大的直流电压下，阻抗特性会受到影响，另外，如果工作温升过高，或者外部磁场过大，磁珠的阻抗都会受到不利的影响。使用片式磁珠和片式电感的原因：是使用片式磁珠还是片式电感主要还在于应用。在谐振电路中需要使用片式电感。而需要消除不需要的EMI噪声时，使用片式磁珠是最佳的选择。片式磁珠和片式电感的应用场合：片式电感：射频（RF）和无线通讯，信息技术设备，雷达检波器，汽车电子，蜂窝电话，寻呼机，音频设备，PDAs（个人数字助理），无线遥控系统以及低压供电模块等。 5
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