磁珠

磁珠参数主要包括:初始磁通量(U值) 居里温度 工作频率

磁通量

高U的磁饱合度低,即磁珠在低频能够承受最大的电流越大,感抗随电流变化而呈容抗。磁珠发热也就是讲磁芯损耗太大,把功率转化为热能,而没有转化为磁能,把能量消耗掉了。通常镍材磁芯带宽,Q值与U之间有一个平衡关系,U值越高Q值就越低,反之亦是。U值低频工作困难,但损耗小,U值高低频工作较易,但磁芯损耗太大,功率损耗也大,基本上难于连续工作。使用U值400的磁环应该可以大幅降低磁损耗。虽然电感量低了些,但可以增加绕线圈数来解决。以1:4变压器为例子,1圈的初级改成两圈;2圈的次级改为4圈。这样绕线总长度要增加一倍,最高传输频率也要相应降低。

居里温度

一般磁环居里温度110℃,达到这一温度以后立刻失去磁性,有如空气介质一般;恢复室温以后,磁性能发生了永久性改变,磁导率降低了10%。

在功率放大器的输出变压器上应用的磁性材料如果工作温度超过了居里温度,须臾之间就可以烧毁输出功率管。

输出功率开始下降的那一点就作为该磁环的温度极限。

从过往的实验结果看,55度时,那些EMI磁环还没有出现输出功率下降的情况。

工作频率

每种磁芯的材料决定了它最佳的工作频率,因此必须根据具体的频率来选择磁芯的材料。低工作频率的磁环强行工作在高频率下,会有很大的损耗和发热,当磁环发热超过居里温度时,电气性能发生突变,也就不能正常工作了。

总上所述,要选对磁环,并不是看外型或体积就可以的,必须要了解它的实际参数,否则在出现问题时,如驻波高、频宽太窄、磁环严重发热或烧坏等,都不知道原因出自何处。

铁氧体磁珠磁导率的测算:

1、测量磁珠的外径D,内径d,环的高度H,单位mm。

2、用漆包线穿绕10~20圈,绕紧点,不要太松,测量其电感量L,单位为uH,电感量大点测算误差小,电感量小测算误差就会大,请根据实际需要确定穿绕的圈数N。

3、将以上数据代入下式计算出大约的磁导率u0

u0=2500*L*(D+d)/((D-d)*H*N*N)

例如:13X7X5的磁环,绕20圈,测得电感量23uH,代入上式计算

u0=2500*23*(13+7)/((13-7)*5*20*20)=1150000/12000=95.8

测算结果与磁导率100的规格最接近,确定该磁环的u0是100,注意一般u0标称误差有+-10%。

对于没有参数的磁珠可以首先根据外观特征初步判断是哪种材料,再测算磁导率,就可以确定该磁珠的主要规格了。

磁珠对高频信号才有较大阻碍作用,一般规格有100欧/100MHZ ,它在低频时电阻比电感小得多。

以常用于电源滤波的HH-1H3216-500为例,其型号各字段含义依次为:

HH 是其一个系列,主要用于电源滤波,用于信号线是HB系列;

1 表示一个组件封装了一个磁珠,若为4则是并排封装四个的;

H 表示组成物质,H、C、M为中频应用(50-200MHz),

T低频应用(50MHz),S高频应用(200MHz);

3216 封装尺寸,长3.2mm,宽1.6mm,即1206封装;

500 阻抗(一般为100MHz时),50ohm。

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就是铁氧体材料,许多厂商都提供专门用于电磁干扰抑制的铁氧体材料。这种材料的特点是高频损耗非常大,具有很高的导磁率,他可以使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。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。磁导率μ可以表示为复数,实数部分构成电感,虚数部分代表损耗,随着频率的增加而增加。因此,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形式上是随着频率的升高而增加,但是在不同频率时其机理是完全不同的。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 但是,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、电源线和数据线上。如在印制板的电源线入口端加上铁氧体抑制元件,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。

两个元件的数值大小与磁珠的长度成正比,而且磁珠的长度对抑制效果有明显影响,磁珠长度越长抑制效果越好。

作为电源滤波,可以使用电感。磁珠的电路符号就是电感但是型号上可以看出使用的是磁珠在电路功能上,磁珠和电感是原理相同的,只是频率特性不同罢了磁珠由氧磁体组成。磁珠对高频信号才有较大阻碍作用,一般规格有100欧/100mMHZ,它在低频时电阻比电感小得多。铁氧体磁珠(FerriteBead)是应用发展很快的一种抗干扰组件,廉价、易用,滤除高频噪声效果显着。

磁珠的型号一般由下列五部分组成: 第一部分:类别,多用字母表示. 

第二部分:尺寸,用数字表示(英制) 

第三部分:材料,用字母表示,其中X代表小型。 第四部分:阻抗,100MHz时阻抗 第五部分:包装方式,用字母表示 如某型号磁珠命名如下 

铁氧叠层片式磁珠(普通型) Ferrite chip beads 

尺寸:1005 (0402)1608(0603)2012(0805) 

产品规格命名方法: 

CBG        100505/、160808/ 201209、    V       121              T    

  ↓                             ↓                               ↓          ↓                 ↓

叠层片式             规格尺寸                        材料    阻抗       包装方式 

应指出的是,目前磁珠型号命名方法各生产厂有所不同,尚无统一的标准。

铁氧体磁珠 (Ferrite Bead) 是目前应用发展很快的一种抗干扰组件,廉价、易用,滤除高频噪声效果显着。在电路中只要导线穿过它即可(我用的都是象普通电阻模样的,导线已穿过并胶合,也有表面贴装的形式,但很少见到卖的)。当导线中电流穿过时,铁氧体对低频电流几乎没有什么阻抗,而对较高频率的电流会产生较大衰减作用。高频电流在其中以热量形式散发,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比例。磁珠种类很多,制造商应提供技术指标说明,特别是磁珠的阻抗与频率关系的曲线。 有的磁珠上有多个孔洞,用导线穿过可增加组件阻抗(穿过磁珠次数的平方),不过在高频时所增加的抑制噪声能力不可能如预期的多,而用多串联几个磁珠的办法会好些。 

铁氧体是磁性材料,会因通过电流过大而产生磁饱和,导磁率急剧下降。大电流滤波应采用结构上专门设计的磁珠,还要注意其散热措施。 铁氧体磁珠不仅可用于电源电路中滤除高频噪声(可用于直流和交流输出),还可广泛应用于其它电路,其体积可以做得很小。特别是在数字电路中,由于脉冲信号含有频率很高的高次谐波,也是电路高频辐射的主要根源,所以可在这种场合发挥磁珠的作用。 铁氧体磁珠还广泛应用于信号电缆的噪声滤除。

磁珠主要用于EMI差模噪声抑制,他的直流阻抗很小,在高频下却有较高阻抗,一般说的600R是指100MHZ测试频率下的阻抗值。选择磁珠应考虑两方面:一是电路中噪声干扰的情况,二是需要通过的电流大小。要大概了解噪声的频率、强度,不同的磁珠的频率阻抗曲线是不同的,要选在噪声中心频率磁珠阻抗较高的那种。噪声干扰大的要选阻抗高一点的,但并不是阻抗越高越好,因为阻抗越高DCR也越高,对有用信号的衰减也越大。但一般也没有很明确的计算和选择的标准,主要看实际使用的效果,120R-600R之间都很常用。然后要看通过电流大小,如果用在电源线部分则要选额定电流较大的型号,用在信号线部分则一般额定电流要求不高。另外磁珠一般是阻抗越大额定电流越小。磁珠的选择要根据实际情况来进行。比如对于3.3V、300mA电源,要求3.3V不能低于3.0V,那么磁珠的直流电阻DCR就应该小于1R,这种情况一般选择0.5R,防止参数漂移。对噪声的抑止能力来说,如果要求对于100MHZ的、300mVpp的噪声,经过磁珠以后达到50mVpp的水平,假设负载为45欧姆,那么就应该选225R@100Mhz,DCR<1R的磁珠, 225R又是怎么算出来的?

(45ohm/50mV)*250mV=225ohm 

首先你要知道你要滤除的噪声的频段,然后选一个在该频段选一个合适的阻抗(实际的可以通过仿真得出大概要多大,仿真模型可以向厂商要),第二步确定该电路通过的最大电流,电路流过的电流确定了也意味着你要选多大额定电流的磁珠,接下来是确定磁珠的DCR(直流阻抗),根据后一级电路电压供电的范围就能算出允许的磁珠的DCR的范围。封装可以根据情况选择。但要注意的是,磁珠的阻抗在你加电压后和规格书上的有点差别。 

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。

磁珠的功能主要是消除存在于传输线结构(电路)中的RF噪声,RF能量是叠加在直流传输电平上的交流正弦波成分,直流成分是需要的有用信号。要消除这些不需要的信号能量,使用片式磁珠扮演高频电阻的角色(衰减器)。

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变化。 他比普通的电感有更好的高频滤波特性,在高频时呈现阻性,所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗,从而提高调频滤波效果。

作为电源滤波,可以使用电感。磁珠的电路符号就是电感但是型号上可以看出使用的是磁珠。在电路功能上,磁珠和电感是原理相同的,只是频率特性不同罢了。

直流成分是需要的有用信号,而射频RF能量却是无用的电磁干扰沿着线路传输和辐射(EMI)。要消除这些不需要的信号能量,使用片式磁珠扮演高频电阻的角色(衰减器),该器件允许直流信号通过,而滤除交流信号。通常高频信号为30MHz以上,然而,低频信号也会受到片式磁珠的影响。磁珠有很高的电阻率和磁导率,等效于电阻和电感串联。在电路中只要导线穿过它即可。高频电流在其中以热量形式散发,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比例。有的磁珠上有多个孔洞,用导线穿过可增加组件阻抗(穿过磁珠次数的平方)。铁氧体磁珠不仅可用于电源电路中滤除高频噪声(可用于直流和交流输出),还可广泛应用于其它电路。

磁珠的外形与电感相似,其主要功能简单来说就是是受电源、信号上的噪声等干扰。 

在低频段,阻抗由电感的感抗构成。低频时 R 很小。磁芯的磁导率辏高,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。 

铁氧体磁珠广泛应用于印制电路板,如在印制板的电源线入口端套 .上磁珠 ( 较大的磁环 ) ,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。  

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。

磁珠由氧磁体组成,电感由磁心和线圈组成,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。

磁珠对高频信号才有较大阻碍作用,一般规格有100欧/100mMHZ它在低频时电阻比电感小得多。电感的等效电阻可有Z=2X3.14xf来求得。

铁氧体磁珠(FerriteBead)是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。在电路中只要导线穿过它即可(我用的都是象普通电阻模的,导线已穿过并胶合,也有表面贴装的形式,但很少见到卖的)。当导线中电流穿过时,铁氧体对低频电流几乎没有什么阻抗,而对较高频率的电流会产生较大衰减作用。

磁珠种类很多,制造商应提供技术指标说明,特别是磁珠的阻抗与频率关系的曲线。

有的磁珠上有多个孔洞,用导线穿过可增加元件阻抗(穿过磁珠次数的平方),不过在高频时所增加的抑制噪声能力不可能如预期的多,而用多串联几个磁珠的办法会好些。

铁氧体是磁性材料,会因通过电流过大而产生磁饱和,导磁率急剧下降。大电流滤波应采用结构上专门设计的磁珠,还要注意其散热措施。

特别是在数字电路中,由于脉冲信号含有频率很高的高次谐波,也是电路高频辐射的主要根源,所以可在这种场合发挥磁珠的作用。

铁氧体磁珠还广泛应用于信号电缆的噪声滤除。

HH是其一个系列,主要用于电源滤波,用于信号线是HB系列;

1表示一个元件封装了一个磁珠,若为4则是并排封装四个的;

H表示组成物质,H、C、M为中频应用(50-200MHz),

T低频应用(<50MHz),S高频应用(>200MHz);

3216封装尺寸,长3.2mm,宽1.6mm,即1206封装;

500阻抗(一般为100MHz时),50ohm。其产品参数主要有三项:

阻抗[Z]@100MHz(ohm):Typical50Minimum37;

直流电阻DCResistance(mohm):Maximum20;额定电流RatedCurrent(mA):2500他等效于电阻和电感串联,但电阻值和电感值都随频率变化。他比普通的电感有更好的高频滤波特性,在高频时呈现阻性,所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗,从而提高调频滤波效果。

磁珠主要用于高频隔离,抑制差模噪声等。