磁珠的作用！
2008-09-03 16:02
1引言由於電磁相容的迫切要求，電磁干擾(emi)抑制元件獲得了廣泛的應用。然而實際應用中的電磁相容問題十分複雜，單單依靠理論知識是完全不夠的，它更依賴於廣大電子工程師的實際經驗。為了更好地解決電子產品的電磁相容性這一問題，還要考慮接地、電路與pcb板設計、電纜設計、遮蔽設計等問題[1][2]。
本文通過介紹磁珠的基本原理和特性來說明它在開關電源電磁相容設計中的重要性與應用，以期為設計者在設計新產品時提供必要的參考。
2磁珠及其工作原理
磁珠的主要原料為鐵氧體，鐵氧體是一種立方晶格結構的亞鐵磁性材料，鐵氧體材料為鐵鎂合金或鐵鎳合金，它的製造工藝和機械效能與陶瓷相似，顏色為灰黑色。電磁干擾濾波器中經常使用的一類磁芯就是鐵氧體材料，許多廠商都提供專門用於電磁干擾抑制的鐵氧體材料。這種材料的特點是高頻損耗非常大，具有很高的導磁率，它可以使電感的線圈繞組之間在高頻高阻的情況下產生的電容最小。
鐵氧體材料通常應用於高頻情況，因為在低頻時它們主要呈現電感特性，使得損耗很小。在高頻情況下，它們主要呈現電抗特性並且隨頻率改變。實際應用中，鐵氧體材料是作為射頻電路的高頻衰減器使用的。
實際上，鐵氧體可以較好的等效於電阻以及電感的併聯，低頻下電阻被電感短路，高頻下電感阻抗變得相當高，以至於電流全部通過電阻。鐵氧體是乙個消耗裝置，高頻能量在上面轉化為熱能，這是由它的電阻特性決定的。
對於抑制電磁干擾用的鐵氧體，最重要的效能引數為磁導率和飽和磁通密度。磁導率可以表示為複數，實數部分構成電感，虛數部分代表損耗，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組成的串聯電路，如圖1所示，電感l和電阻r都是頻率的函式。
當導線穿過這種鐵氧體磁芯時，所構成的電感阻抗在形式上是隨著頻率的公升高而增加，但是在不同頻率時其機理是完全不同的。
在高頻段，阻抗主要由電阻成分構成，隨著頻率的公升高，磁芯的磁導率降低，導致電感的電感量減小，感抗成分減小，但是，這時磁芯的損耗增加，電阻成分增加，導致總的阻抗增加，當高頻訊號通過鐵氧體時，電磁干擾被吸收並轉換成熱能的形式消耗掉。在低頻段，阻抗主要由電感的感抗構成，低頻時r很小，磁芯的磁導率較高，因此電感量較大，電感l起主要作用，電磁干擾被反射而受到抑制，並且這時磁芯的損耗較小，整個器件是乙個低損耗、高品質因素q特性的電感，這種電感容易造成諧振，因此在低頻段時可能會出現使用鐵氧體磁珠後干擾增強的現象[3]。
磁珠種類很多，製造商會提供技術指標說明，特別是磁珠的阻抗與頻率關係的曲線。有的磁珠上有多個孔洞，用導線穿過可增加元件阻抗(穿過磁珠次數的平方)，不過在高頻時所增加的抑制雜訊能力可能不如預期的多，可以採用多串聯幾個磁珠的辦法。
值得注意的是，高頻雜訊的能量是通過鐵氧體磁矩與晶格的耦合而轉變為熱能散發出去的，並非將雜訊匯入地或者阻擋回去，如旁路電容那樣。因而，在電路中安裝鐵氧體磁珠時，不需要為它設定接地點。這是鐵氧體磁珠的突出優點[4]。
3 磁珠和電感
3.1磁珠和電感的區別
磁珠由氧磁體組成，電感由磁芯和線圈組成，磁珠把交流訊號轉化為熱能，電感把交流儲存起來，緩慢的釋放出去，因此說電感是儲能元件，而磁珠是能量轉換(消耗)器件。電感多用於電源濾波迴路，磁珠多用於訊號迴路，磁珠主要用於抑制電磁輻射干擾，而電感用於這方面則側重於抑制傳導性干擾。兩者都可用於處理emc、emi問題。
磁珠是用來吸收超高頻訊號，例如一些rf電路、pll、振盪電路、含超高頻儲存器電路(ddr sdram，rambus等)都需要在電源輸入部分加磁珠，而電感是一種蓄能元件，用在lc振盪電路、中低頻的濾波電路等，其應用頻率範圍很少超過50mhz。地的連線一般用電感，電源的連線也用電感，而對訊號線則常採用磁珠。
3.2 片式磁珠與片式電感
3.2.1片式電感
在電子裝置的pcb板電路中會大量使用感性元件和emi濾波器元件，這些元件包括片式電感和片式磁珠。在需要使用片式電感的場合，要求電感實現以下兩個基本功能：電路諧振和扼流電抗。
諧振電路包括諧振發生電路、振盪電路、時鐘電路、脈衝電路、波形發生電路等。諧振電路還包括高q帶通濾波器電路。要使電路產生諧振，必須有電容和電感同時存在於電路中。
在電感的兩端存在寄生電容，這是由於器件兩個電極之間的鐵氧體本體相當於電容介質而產生的。在諧振電路中，電感必須具有高品質因素q，窄的電感偏差，穩定的溫度係數，才能達到諧振電路窄帶，低的頻率溫度漂移的要求。高q電路具有尖銳的諧振峰值。
窄的電感偏置保證諧振頻率偏差盡量小。穩定的溫度係數保證諧振頻率具有穩定的溫度變化特性。標準的徑向引出電感和軸向引出電感以及片式電感的差異僅僅在於封裝不一樣。
電感結構包括介質材料(通常為氧化鋁陶瓷材料)上繞制線圈，或者空心線圈以及鐵磁性材料上繞制線圈。在功率應用場合，作為扼流圈使用時，電感的主要引數是直流電阻(dcr，定義為元件在沒有交流訊號下的直流電阻)、額定電流和低q值。當作為濾波器使用時，希望寬的頻寬特性，因此並不需要電感的高q 特性，低的直流電阻(dcr)可以保證最小的電壓降。
3.2.2片式磁珠
片式磁珠是目前應用、發展很快的一種抗干擾元件，廉價、易用，濾除高頻雜訊效果顯著。片式磁珠由軟磁鐵氧體材料組成，片式鐵氧體磁珠的結構和等效電路如圖2所示，實質上它就是1個疊層型片式電感器，是由鐵氧體磁性材料與導體線圈組成的疊層型獨石結構。由於在高溫下燒結而成，因而具有緻密性好、可靠性高等優點。
兩端的電極由銀/鎳/焊錫3層構成，可滿足再流焊和波峰焊的要求。在圖2所示的等效電路中，r代表由於鐵氧體材料的損耗(主要是磁損耗)以及導體線圈的歐盟損耗而引起的等效電阻，c是導體線圈的寄生電容。
片式磁珠的功能主要是消除存在於傳輸線結構(pcb電路)中的rf雜訊，rf能量是疊加在直流傳輸電平上的交流正弦波成分，直流成分是需要的有用訊號，而射頻rf能量卻是無用的電磁干擾沿著線路傳輸和輻射(emi)。要消除這些不需要的訊號能量，使用片式磁珠扮演高頻電阻的角色(衰減器)，該器件允許直流訊號通過，而濾除交流訊號。通常高頻訊號為30mhz以上，但是低頻訊號也會受到片式磁珠的影響。
片式磁珠不僅具有小型化和輕量化的優點，而且在射頻雜訊頻率範圍內具有高阻抗特性，可以消除傳輸線中的電磁干擾。片式磁珠能夠降低直流電阻，以免對有用訊號產生過大的衰減。
片式磁珠還具有顯著的高頻特性和阻抗特性，能更好的消除rf能量。在高頻放大電路中還能消除寄生振盪。有效的工作在幾個mhz到幾百mhz的頻率範圍內[5] [6]。
片式磁珠在過大的直流電壓下，阻抗特性會受到影響，另外，如果工作溫公升過高，或者外部磁場過大，磁珠的阻抗都會受到不利的影響。
3.2.3片式電感與片式磁珠的使用
是使用片式磁珠還是片式電感主要還在於應用。在諧振電路中需要使用片式電感，而在需要消除不需要的emi雜訊時，則使用片式磁珠是最佳的選擇。片式電感的應用場合主要有：
射頻(rf)和無線通訊，資訊科技裝置，雷達檢波器，汽車電子，蜂窩**，尋呼機，音訊裝置，pdas(個人數字助理)，無線遙控系統以及低壓供電模組等。片式磁珠的應用場合主要有：時鐘發生電路，模擬電路和數位電路之間的濾波，i/o輸入/輸出內部聯結器(比如串列埠、並口、鍵盤、滑鼠、長途電信、本地區域網等)，射頻(rf)電路和易受干擾的邏輯裝置之間，供電電路中濾除高頻傳導干擾，計算機，印表機，錄影機，電視系統和手提**中的emi雜訊抑止。
4磁珠的選用與應用
由於鐵氧體磁珠在電路中使用能夠增加高頻損耗而又不引入直流損耗，而且體積小、便於安裝在區間的引線或者導線上，對於1mhz以上的雜訊訊號抑制效果十分明顯，因此可用作高頻電路的去耦、濾波以及寄生振盪的抑制等。特別對消除電路內部由開關器件引起的電流突變和濾波電源線或其它導線引入電路的高頻雜訊干擾效果明顯。低阻抗的供電迴路、諧振電路、丙類功率放大器以及可控矽開關電路等，使用鐵氧體磁珠進行濾波都是十分有效的。
鐵氧體磁珠一般可以分為電阻性和電感性兩類，使用時可以根據需要選取。單個磁珠的阻抗一般為十至幾百歐姆，應用時如果乙個衰減量不夠時可以用多個磁珠串聯使用，但是通常三個以上時效果就不會再明顯增加了[7]。如圖3示出了利用兩隻電感性鐵氧體磁珠構成的高頻lc濾波器電路，該電路可有效的吸收由高頻振盪器產生的振盪訊號而不致竄入負載，並且不降低負載上的直流電壓。
由於任何傳輸線都不可避免的存在著引線電阻、引線電感和雜散電容，因此，乙個標準的脈衝訊號在經過較長傳輸線後，極易產生上衝及振鈴現象。大量的實驗證明，引線電阻可使脈衝的平均振幅減小，而引線電感和雜散電容的存在，則是產生上衝和振鈴的根本原因。在脈衝前沿上公升時間相同的條件下，引線電感越大，上衝及振鈴現象就越嚴重，雜散電容越大，則使波形的上公升時間越長，而引線電阻的增加，將使脈衝的振幅減小。
在實際電路中，可以利用串聯電阻的方法來減小和抑制上衝及振鈴。圖4給出了利用乙個電阻性鐵氧體磁珠來消除兩隻快速邏輯門之間由於長線傳輸而引起的振鈴現象。
鐵氧體抑制元件還廣泛應用於印製電路板、電源線和資料線上。如在印製板的電源線入口端加上鐵氧體磁珠，就可以濾除高頻干擾。鐵氧體磁環或磁珠專用於抑制訊號線、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衝干擾的能力。
兩個元件的數值大小與磁珠的長度成正比，而且磁珠的長度對抑制效果有明顯影響，磁珠長度越長抑制效果越好。
普通濾波器是由無損耗的電抗元件構成的，它**路中的作用是將阻帶頻率反射回訊號源，所以這類濾波器又叫反射濾波器。當反射濾波器與訊號源阻抗不匹配時，就會有一部分能量被反射回訊號源，造成干擾電平的增強。為解決這一弊病，可在濾波器的進線上使用鐵氧體磁環或磁珠套，利用磁環或磁珠對高頻訊號的渦流損耗，把高頻成分轉化為熱損耗。
因此磁環和磁珠實際上對高頻成分起吸收作用，所以有時也稱之為吸收濾波器。
不同的鐵氧體抑制元件，有不同的最佳抑制頻率範圍。通常磁導率越高，抑制的頻率就越低。此外，鐵氧體的體積越大，抑制效果越好。
在體積一定時，長而細的形狀比短而粗的抑制效果好，內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，可承受的偏流越大。
emi吸收磁環/磁珠抑制差模干擾時，通過它的電流值正比於其體積，兩者失調造成飽和，降低了元件效能；抑制共模干擾時，將電源的兩根線(正負)同時穿過乙個磁環，有效訊號為差模訊號，emi吸收磁環/磁珠對其沒有任何影響，而對於共模訊號則會表現出較大的電感量。磁環的使用中還有乙個較好的方法是讓穿過的磁環的導線反覆繞幾下，以增加電感量。可以根據它對電磁干擾的抑制原理，合理使用它的抑制作用。
鐵氧體抑制元件應當安裝在靠近干擾源的地方。對於輸入/輸出電路，應盡量靠近遮蔽殼的進、出口處。對鐵氧體磁環和磁珠構成的吸收濾波器，除了應選用高磁導率的有耗材料外，還要注意它的應用場合。
它們**路中對高頻成分所呈現的電阻大約是十至幾百歐姆，因此它在高阻抗電路中的作用並不明顯，相反，在低阻抗電路(如功率分配、電源或射頻電路)中使用將非常有效[3]。
5結論近年來，由於電磁相容的迫切要求，鐵氧體磁珠得到了廣泛的應用，尤其是片式鐵氧體磁珠。在各種現代電子產品中，為了達到電磁相容的要求，幾乎都採用了這類元件。但值得注意的是，這類元件品種繁多，效能各異，不像阻容元件那樣的系列化、標準化，所以，必須全面了解各種鐵氧體磁珠的特性，並根據實際情況，恰當的選擇與使用這些元件才能收到滿意的效果。
磁珠及磁珠與電感的區別
一 磁珠的原理 磁珠的主要原料為鐵氧體。鐵氧體是一種立方晶格結構的亞鐵磁性材料。鐵氧體材料為鐵鎂合金或鐵鎳合金，它的製造工藝和機械效能與陶瓷相似，顏色為灰黑色。電磁干擾濾波器中經常使用的一類磁芯就是鐵氧體材料，許多廠商都提供專門用於電磁干擾抑制的鐵氧體材料。這種材料的特點是高頻損耗非常大，具有很高的...
磁珠效能用途和電感的區別
什麼是磁珠 磁珠有很高的電阻率和磁導率，他等效於電阻和電感串聯，但電阻值和電感值都隨頻率變化。他比普通的電感有更好的高頻濾波特性，在高頻時呈現阻性，所以能在相當寬的頻率範圍內保持較高的阻抗，從而提高調頻濾波效果。作為電源濾波，可以使用電感。磁珠的電路符號就是電感但是型號上可以看出使用的是磁珠在電路功...
電感和磁珠的什麼聯絡與區別
電感是儲能元件，而磁珠是能量轉換 消耗 器件 電感多用於電源濾波迴路，磁珠多用於訊號迴路，用於emc對策磁珠主要用於抑制電磁輻射干擾，而電感用於這方面則側重於抑制傳導性干擾。兩者都可用於處理emc emi問題。磁珠是用來吸收超高頻訊號，象一些rf電路，pll，振盪電路，含超高頻儲存器電路 ddr s...