techff

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科普:磁珠的一些基本知识和选型要点

2021-4-7 17:05:04 显示全部楼层
本帖最后由 techff 于 2021-4-7 17:06 编辑

 请简单说一下你对磁珠的认识?磁珠是一种电感型EMI静噪滤波器,实物和电感很像,现在用的最多的是铁氧体磁珠(Ferrite Bead)。
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  片状铁氧体磁珠
  磁珠的单位是欧姆,根据型号的不同,可以抑制几MHz~几GHz的噪声,经常被用在信号线和电源线上(串联使用)。
  磁珠和电容、电感滤除噪声有很大不同,电容主要提供一个地阻抗路径(隔直通交),电感是将噪声反射出去(隔交通直),磁珠如何滤除噪声在下面会提及。
  ▉ 磁珠和电感的相同点和不同点?
  磁珠和电感的在电路中的符号是一样的,却是不一样的器件,磁珠单位是欧姆(Ω),电感单位是亨(H)。
  磁珠由氧磁体组成,电感由磁芯和线圈组成,磁珠把交流信号转化为热能,电感把交流存储起来,缓慢的释放出去,所以说电感是储能,而磁珠是能量转换(消耗)器件。
  我们都知道EMI有两个途径,辐射和传导,磁珠和电感都可以解决EMC和EMI问题,但是侧重点不同。
  磁珠主要解决辐射干扰问题,信号线上多用磁珠,某一些高频电路如RF、振荡电路、DDR SDRAM等都需要在电源输入部分加磁珠。
  电感主要解决传导干扰问题,高频电感主要用于中低频滤波电路、RF匹配等,功率电感主要用于DC-DC电路中。
  ▉ 磁珠的主要参数有哪些?并做解释
  ① 阻抗|Z|:业界习惯,磁珠的阻抗由100MHz时的阻抗确定,所以我们经常在磁珠的SPEC里看到100R@100MHz,指的是在100MHz频率下,磁珠的阻抗是100R,阻抗越大,抑制噪声的效果越好,有一些高频磁珠给出的阻抗是在1GHz频率下。
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  阻抗Z频率特性
  有一点需要注意,看上图,在100MHz时,磁珠的阻抗并不是最大的,所以在选型时可以根据噪声频点,选择频点附近阻抗最大的型号。
  100MHz在某种意义上只是一个标准,仅仅只是一个标准,个人觉得并没有太大的实际意义,因为磁珠在实际的应用中,随着频率的改变,阻抗会相应的发生变化。
  所以说,单点接地用磁珠的情况很少,需要提前评估噪声的频率范围。
  ② 直流电阻DCR:指直流电流通过磁珠时,磁珠呈现的电阻值,DCR一般越小越好,对有用信号的衰减越小。
  ③ 额定电流Rated Current:指磁珠正常工作时允许的最大电流。
  ▉ 磁珠的直流重叠特性是什么?
  我们都知道在电容上加不同的直流电压,电容容量是会变化的,磁珠也有同样的直流重叠特性,片状铁氧体磁珠是一种使用铁氧体的电感器。因此,当大电流通过时,需要特别注意由于磁饱和所造成的性能改变。
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  片状铁氧体磁珠的直流重叠特性示例
  (图片来自于村田)
  从上图可以看出,通过磁珠的电流增大时,其阻抗会下降,阻抗下降就意味着抑制噪声的性能会变差,电流减小时,阻抗又会变大,性能会复原。
  所以在选型时,我们要考虑好额定电流和阻抗这两个参数。
  ▉ 如何理解磁珠的等效模型
  磁珠的等效模型可以简化为一个电感和一个电阻串联,当然还会有DCR和寄生电容参数,在这里不作说明。
  磁珠的简化等效电路
  电感和电阻都是频率的函数,所以磁珠的阻抗为Z=R+JWL,下图所示,箭头处对应的频率称之为交叉频率,有的叫转折频率。
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  磁珠的|Z|、R、X阻抗曲线示意
  (图片来自于TDK)
  小于交叉频率,Z和XL几乎是重合的,此时的磁珠呈感性,小电感,此时反射噪声;大于交叉频率时,Z和R曲线几乎是重合的,此时磁珠呈电阻特性,大电阻,起吸收噪声并转变为热能的作用。
  交叉频率越大,磁珠呈现感性的频段越宽,对低频的吸收能力越弱,对高频的吸收能力越强。交叉频率越小,磁珠呈现感性的频段越窄,对低频的吸收能力越强,对高频的吸收能力越弱。
  ▉ 磁珠选型注意事项
  ① 分析有用信号和噪声的频率
  噪声的频段要大于交叉频率,便于磁珠吸收噪声而不是反射噪声;信号的频率小于交叉频率,防止信号被衰减。
  ② 考虑DCR的大小
  直流电路中,防止DCR过大,导致信号衰减,比如5V 500mA的电源,经过一个DCR=1R的磁珠时,电压会衰减500mA*1R=0.5V。
  一般情况下,交流阻抗越大,滤除噪声好,但是DCR也会大,对有用信号有衰减,所以这是一个权衡的过程。
  ③ 考虑额定电流的大小
  不要为了省成本,而一味选择低额定电流的磁珠,考虑到直流重叠特性,随着电流的变大,阻抗下降,吸收噪声性能也会下降。
  举个例子,某电路大部分时间工作电流为300mA以下,最高会到400mA,但是很少,此时可以选择额定电流为400mA的磁珠。
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电子阔少

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电子阔少 2021-4-9 07:16:17 显示全部楼层
很有用,选频点附近阻抗最大的型号,要看懂阻抗Z频率特性曲线图
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