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磁珠的介紹及其應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2012-11-28 責(zé)任編輯:simonyang

【導(dǎo)讀】磁珠采用在高頻段具有良好阻抗特性的鐵氧體材料燒結(jié)面成,專用于抑制信號(hào)線、電源線上的高頻噪聲和尖峰干擾,還具有吸收靜電脈沖的能力。磁珠有很高的電阻率和磁導(dǎo)率,等效于電阻和電感串聯(lián),但電阻值和電感值都隨頻率變化。
 

1、定義:
磁珠的全稱為鐵氧體磁珠濾波器(另有一種是非晶合金磁性材料制作的磁珠),是一種抗干擾元件,濾除高頻噪聲效果顯著。

2、結(jié)構(gòu):

磁珠由氧磁體組成,電感由磁心和線圈組成,磁珠把交流信號(hào)轉(zhuǎn)化為熱能,電感把交流存儲(chǔ)起來,緩慢的釋放出去。

3、特點(diǎn):

(1)磁珠有很高的電阻率和磁導(dǎo)率,他等效于電阻和電感串聯(lián),但電阻值和電感值都隨頻率變化。
(2)磁珠對(duì)高頻信號(hào)才有較大阻礙作用,一般規(guī)格有100歐/100MHZ ,它在低頻時(shí)電阻比電感小得多。
(3)比普通的電感有更好的高頻濾波特性,在高頻時(shí)呈現(xiàn)阻性,所以能在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)保持較高的阻抗,從而提高調(diào)頻濾波效果。

4、與電感的區(qū)別:

(1)有一匝以上的線圈習(xí)慣稱為電感線圈;少于一匝(導(dǎo)線直通磁環(huán))的線圈習(xí)慣稱之為磁珠。
(2)電感是儲(chǔ)能元件;而磁珠是能量轉(zhuǎn)換(消耗)器件。
(3)電感多用于電源濾波回路;磁珠多用于信號(hào)回路,用于EMC對(duì)策。
(4)磁珠主要用于抑制電磁輻射干擾,而電感用于這方面則側(cè)重于抑制傳導(dǎo)性干擾。兩者都可用于處理EMC、EMI問題。
(5)電感一般用于電路的匹配和信號(hào)質(zhì)量的控制上,在模擬地和數(shù)字地結(jié)合的地方用磁珠。

5、現(xiàn)狀:

鐵氧體磁珠是目前應(yīng)用發(fā)展很快的一種抗干擾元件,廉價(jià)、易用,濾除高頻噪聲效果顯著。

6、參數(shù):

磁珠參數(shù)主要包括:初始磁通量(U值) 居里溫度 工作頻率

(1)磁通量

高U的磁飽合度低,即磁珠在低頻能夠承受最大的電流越大,感抗隨電流變化而呈容抗。磁珠發(fā)熱也就是講磁芯損耗太大,把功率轉(zhuǎn)化為熱能,而沒有轉(zhuǎn)化為磁能,把能量消耗掉了。通常鎳材磁芯帶寬,Q值與U之間有一個(gè)平衡關(guān)系,U值越高Q值就越低,反之亦是。U值低頻工作困難,但損耗小,U值高低頻工作較易,但磁芯損耗太大,功率損耗也大,基本上難于連續(xù)工作。使用U值400的磁環(huán)應(yīng)該可以大幅降低磁損耗。雖然電感量低了些,但可以增加繞線圈數(shù)來解決。以1:4變壓器為例子,1圈的初級(jí)改成兩圈;2圈的次級(jí)改為4圈。這樣繞線總長(zhǎng)度要增加一倍,最高傳輸頻率也要相應(yīng)降低。

(2)居里溫度

一般磁環(huán)居里溫度110℃,達(dá)到這一溫度以后立刻失去磁性,有如空氣介質(zhì)一般;恢復(fù)室溫以后,磁性能發(fā)生了永久性改變,磁導(dǎo)率降低了10%。
在功率放大器的輸出變壓器上應(yīng)用的磁性材料如果工作溫度超過了居里溫度,須臾之間就可以燒毀輸出功率管。
輸出功率開始下降的那一點(diǎn)就作為該磁環(huán)的溫度極限。

(3)工作頻率

每種磁芯的材料決定了它最佳的工作頻率,因此必須根據(jù)具體的頻率來選擇磁芯的材料。低工作頻率的磁環(huán)強(qiáng)行工作在高頻率下,會(huì)有很大的損耗和發(fā)熱,當(dāng)磁環(huán)發(fā)熱超過居里溫度時(shí),電氣性能發(fā)生突變,也就不能正常工作了。

7、原理:

磁珠的主要原料為鐵氧體。鐵氧體是一種立方晶格結(jié)構(gòu)的亞鐵磁性材料。鐵氧體材料為鐵鎂合金或鐵鎳合金,這種材料的特點(diǎn)是高頻損耗非常大,具有很高的導(dǎo)磁率,他可以使電感的線圈繞組之間在高頻高阻的情況下產(chǎn)生的電容最小。對(duì)于抑制電磁干擾用的鐵氧體,最重要的性能參數(shù)為磁導(dǎo)率μ和飽和磁通密度Bs。

磁導(dǎo)率μ可以表示為復(fù)數(shù),實(shí)數(shù)部分構(gòu)成電感,虛數(shù)部分代表損耗,隨著頻率的增加而增加。因此,它的等效電路為由電感L和電阻R組成的串聯(lián)電路,L和R都是頻率的函數(shù)。當(dāng)導(dǎo)線穿過這種鐵氧體磁芯時(shí),所構(gòu)成的電感阻抗在形式上是隨著頻率的升高而增加,但是在不同頻率時(shí)其機(jī)理是完全不同的。

在低頻段,阻抗由電感的感抗構(gòu)成,低頻時(shí)R很小,磁芯的磁導(dǎo)率較高,因此電感量較大,L起主要作用,電磁干擾被反射而受到抑制,并且這時(shí)磁芯的損耗較小,整個(gè)器件是一個(gè)低損耗、高Q特性的電感,這種電感容易造成諧振因此在低頻段,有時(shí)可能出現(xiàn)使用鐵氧體磁珠后干擾增強(qiáng)的現(xiàn)象。
  
在高頻段,阻抗由電阻成分構(gòu)成,隨著頻率升高,磁芯的磁導(dǎo)率降低,導(dǎo)致電感的電感量減小,感抗成分減小 但是,這時(shí)磁芯的損耗增加,電阻成分增加,導(dǎo)致總的阻抗增加,當(dāng)高頻信號(hào)通過鐵氧體時(shí),電磁干擾被吸收并轉(zhuǎn)換成熱能的形式耗散掉。

兩個(gè)元件的數(shù)值大小與磁珠的長(zhǎng)度成正比,而且磁珠的長(zhǎng)度對(duì)抑制效果有明顯影響,磁珠長(zhǎng)度越長(zhǎng)抑制效果越好。

8、選擇

要正確的選擇磁珠,必須注意以下幾點(diǎn):


(1)不需要的信號(hào)的頻率范圍為多少;
(2)噪聲源是誰;
(3)需要多大的噪聲衰減;
(4)環(huán)境條件是什么(溫度,直流電壓,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度);
(5)電路和負(fù)載阻抗是多少;
(6)是否有空間在pcb板上放置磁珠;

有的磁珠上有多個(gè)孔洞,用導(dǎo)線穿過可增加元件阻抗(穿過磁珠次數(shù)的平方),不過在高頻時(shí)所增加的抑制噪聲能力不可能如預(yù)期的多,而用多串聯(lián)幾個(gè)磁珠的辦法會(huì)好些。鐵氧體是磁性材料,會(huì)因通過電流過大而產(chǎn)生磁飽和,導(dǎo)磁率急劇下降。大電流濾波應(yīng)采用結(jié)構(gòu)上專門設(shè)計(jì)的磁珠,還要注意其散熱措施。

9、應(yīng)用

鐵氧體抑制元件廣泛應(yīng)用于印制電路板、電源線和數(shù)據(jù)線上。如在印制板的電源線入口端加上鐵氧體抑制元件,就可以濾除高頻干擾。鐵氧體磁環(huán)或磁珠專用于抑制信號(hào)線、電源線上的高頻干擾和尖峰干擾,它也具有吸收靜電放電脈沖干擾的能力。
 
兩個(gè)元件的數(shù)值大小與磁珠的長(zhǎng)度成正比,而且磁珠的長(zhǎng)度對(duì)抑制效果有明顯影響,磁珠長(zhǎng)度越長(zhǎng)抑制效果越好。
  
作為電源濾波,可以使用電感。磁珠的電路符號(hào)就是電感但是型號(hào)上可以看出使用的是磁珠在電路功能上,磁珠和電感是原理相同的,只是頻率特性不同罷了磁珠由氧磁體組成,電感由磁心和線圈組成,磁珠把交流信號(hào)轉(zhuǎn)化為熱能,電感把交流存儲(chǔ)起來,緩慢的釋放出去。磁珠對(duì)高頻信號(hào)才有較大阻礙作用,一般規(guī)格有100歐/100mMHZ,它在低頻時(shí)電阻比電感小得多。鐵氧體磁珠(FerriteBead)是目前應(yīng)用發(fā)展很快的一種抗干擾組件,廉價(jià)、易用,濾除高頻噪聲效果顯著。
 
磁珠抑制開關(guān)噪聲屬于主動(dòng)抑制型。通常噪聲濾波器只能吸收已發(fā)生的噪聲,屬于被動(dòng)抑制型。磁珠則能抑制開關(guān)噪聲的產(chǎn)生,屬于主動(dòng)抑制型。磁珠可廣泛用于高頻開關(guān)電源、錄像機(jī)、電子測(cè)量?jī)x器、以及各種對(duì)噪聲要求非常嚴(yán)格的電路中。不同的鐵氧體抑制元件,有不同的最佳抑制頻率范圍。
 
通常磁導(dǎo)率越高,抑制頻率越低。此外,鐵氧體體積越大,抑制效果越好。在體積一定時(shí),長(zhǎng)而細(xì)的形狀比短而粗的抑制效果好,內(nèi)徑越小抑制效果也越好。但在有直流或交流偏流的情況下,還存在鐵氧體飽和的問題,抑制元件橫截面越大,越不易飽和,可承受的偏流也越大。
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