淺析磁珠的基礎(chǔ)知識(shí)與選型及注意事項(xiàng)

本文為大家科普磁珠的一些基本知識(shí)和選型要點(diǎn)。

關(guān)于磁珠

磁珠是一種電感型EMI靜噪濾波器，實(shí)物和電感很像，現(xiàn)在用的最多的是鐵氧體磁珠（Ferrite Bead）。

片狀鐵氧體磁珠

磁珠的單位是歐姆，根據(jù)型號(hào)的不同，可以抑制幾MHz～幾GHz的噪聲，經(jīng)常被用在信號(hào)線和電源線上（串聯(lián)使用）。

磁珠和電容、電感濾除噪聲有很大不同，電容主要提供一個(gè)地阻抗路徑（隔直通交），電感是將噪聲反射出去（隔交通直），磁珠如何濾除噪聲在下面會(huì)提及。

磁珠和電感的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)？

磁珠和電感的在電路中的符號(hào)是一樣的，卻是不一樣的器件，磁珠單位是歐姆（Ω），電感單位是亨（H）。

磁珠由氧磁體組成，電感由磁芯和線圈組成，磁珠把交流信號(hào)轉(zhuǎn)化為熱能，電感把交流存儲(chǔ)起來(lái)，緩慢的釋放出去，所以說(shuō)電感是儲(chǔ)能，而磁珠是能量轉(zhuǎn)換（消耗）器件。

我們都知道EMI有兩個(gè)途徑，輻射和傳導(dǎo)，磁珠和電感都可以解決EMC和EMI問(wèn)題，但是側(cè)重點(diǎn)不同。

磁珠主要解決輻射干擾問(wèn)題，信號(hào)線上多用磁珠，某一些高頻電路如RF、振蕩電路、DDR SDRAM等都需要在電源輸入部分加磁珠。

電感主要解決傳導(dǎo)干擾問(wèn)題，高頻電感主要用于中低頻濾波電路、RF匹配等，功率電感主要用于DC-DC電路中。

磁珠的主要參數(shù)有哪些？

① 阻抗|Z|：業(yè)界習(xí)慣，磁珠的阻抗由100MHz時(shí)的阻抗確定，所以我們經(jīng)常在磁珠的SPEC里看到100R@100MHz，指的是在100MHz頻率下，磁珠的阻抗是100R，阻抗越大，抑制噪聲的效果越好，有一些高頻磁珠給出的阻抗是在1GHz頻率下。

阻抗Z頻率特性

有一點(diǎn)需要注意，看上圖，在100MHz時(shí)，磁珠的阻抗并不是最大的，所以在選型時(shí)可以根據(jù)噪聲頻點(diǎn)，選擇頻點(diǎn)附近阻抗最大的型號(hào)。

100MHz在某種意義上只是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，僅僅只是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，個(gè)人覺(jué)得并沒(méi)有太大的實(shí)際意義，因?yàn)榇胖樵趯?shí)際的應(yīng)用中，隨著頻率的改變，阻抗會(huì)相應(yīng)的發(fā)生變化。

所以說(shuō)，單點(diǎn)接地用磁珠的情況很少，需要提前評(píng)估噪聲的頻率范圍。

② 直流電阻DCR：指直流電流通過(guò)磁珠時(shí)，磁珠呈現(xiàn)的電阻值，DCR一般越小越好，對(duì)有用信號(hào)的衰減越小。

③ 額定電流Rated Current：指磁珠正常工作時(shí)允許的最大電流。

磁珠的直流重疊特性是什么？

我們都知道在電容上加不同的直流電壓，電容容量是會(huì)變化的（可以參考之前分享的文章：是誰(shuí)動(dòng)了我的電容容量？）

磁珠也有同樣的直流重疊特性，片狀鐵氧體磁珠是一種使用鐵氧體的電感器。因此，當(dāng)大電流通過(guò)時(shí)，需要特別注意由于磁飽和所造成的性能改變。

片狀鐵氧體磁珠的直流重疊特性示例

從上圖可以看出，通過(guò)磁珠的電流增大時(shí)，其阻抗會(huì)下降，阻抗下降就意味著抑制噪聲的性能會(huì)變差，電流減小時(shí)，阻抗又會(huì)變大，性能會(huì)復(fù)原。

所以在選型時(shí)，我們要考慮好額定電流和阻抗這兩個(gè)參數(shù)。

如何理解磁珠的等效模型

之前寫(xiě)過(guò)電阻電容和電感的等效模型《眼見(jiàn)不一定為實(shí)！電阻、電容和電感的實(shí)際等效模型》

磁珠的等效模型可以簡(jiǎn)化為一個(gè)電感和一個(gè)電阻串聯(lián)，當(dāng)然還會(huì)有DCR和寄生電容參數(shù)，在這里不作說(shuō)明。

磁珠的簡(jiǎn)化等效電路

電感和電阻都是頻率的函數(shù)，所以磁珠的阻抗為Z=R+JWL，下圖所示，箭頭處對(duì)應(yīng)的頻率稱之為交叉頻率，有的叫轉(zhuǎn)折頻率。

磁珠的|Z|、R、X阻抗曲線示意

小于交叉頻率，Z和XL幾乎是重合的，此時(shí)的磁珠呈感性，小電感，此時(shí)反射噪聲；大于交叉頻率時(shí)，Z和R曲線幾乎是重合的，此時(shí)磁珠呈電阻特性，大電阻，起吸收噪聲并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿淖饔谩?/p>

交叉頻率越大，磁珠呈現(xiàn)感性的頻段越寬，對(duì)低頻的吸收能力越弱，對(duì)高頻的吸收能力越強(qiáng)。交叉頻率越小，磁珠呈現(xiàn)感性的頻段越窄，對(duì)低頻的吸收能力越強(qiáng)，對(duì)高頻的吸收能力越弱。

磁珠選型注意事項(xiàng)

① 分析有用信號(hào)和噪聲的頻率噪聲的頻段要大于交叉頻率，便于磁珠吸收噪聲而不是反射噪聲；信號(hào)的頻率小于交叉頻率，防止信號(hào)被衰減。

② 考慮DCR的大小直流電路中，防止DCR過(guò)大，導(dǎo)致信號(hào)衰減，比如5V 500mA的電源，經(jīng)過(guò)一個(gè)DCR=1R的磁珠時(shí)，電壓會(huì)衰減500mA*1R=0.5V。

一般情況下，交流阻抗越大，濾除噪聲好，但是DCR也會(huì)大，對(duì)有用信號(hào)有衰減，所以這是一個(gè)權(quán)衡的過(guò)程。

③ 考慮額定電流的大小不要為了省成本，而一味選擇低額定電流的磁珠，考慮到直流重疊特性，隨著電流的變大，阻抗下降，吸收噪聲性能也會(huì)下降。舉個(gè)例子，某電路大部分時(shí)間工作電流為300mA以下，最高會(huì)到400mA，但是很少，此時(shí)可以選擇額定電流為400mA的磁珠。

今天的文章內(nèi)容到這里就結(jié)束了，希望對(duì)你有幫助。
編輯：lyn