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電感和磁珠的區別與聯(lián)系
文章來(lái)源: 更新時(shí)間:2016/8/6 12:21:00
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磁珠有很高的電阻率和磁導率,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。 他比普通的電感有更好的高頻濾波特性,在高頻時(shí)呈現阻性,所以能在相當寬的頻率范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(xiàn)圈組成,磁珠把交流信號轉化為熱能,電感把交流存儲起來(lái),緩慢的釋放出去。

磁珠對高頻信號才有較大阻礙作用,一般規格有100歐/100mMHZ ,它在低頻時(shí)電阻比電感小得多。

鐵氧體磁珠 (Ferrite Bead) 是目前應用發(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(zhù)。

在電路中只要導線(xiàn)穿過(guò)它即可(我用的都是象普通電阻模樣的,導線(xiàn)已穿過(guò)并膠合,也有表面貼裝的形式,但很少見(jiàn)到賣(mài)的)。當導線(xiàn)中電流穿過(guò)時(shí),鐵氧體對低頻電流幾乎沒(méi)有什么阻抗,而對較高頻率的電流會(huì )產(chǎn)生較大衰減作用。高頻電流在其中以熱量形式散發(fā),其等效電路為一個(gè)電感和一個(gè)電阻串聯(lián),兩個(gè)組件的值都與磁珠的長(cháng)度成比例。磁珠種類(lèi)很多,制造商應提供技術(shù)指標說(shuō)明,特別是磁珠的阻抗與頻率關(guān)系的曲線(xiàn)。

有的磁珠上有多個(gè)孔洞,用導線(xiàn)穿過(guò)可增加組件阻抗(穿過(guò)磁珠次數的平方),不過(guò)在高頻時(shí)所增加的抑制噪聲能力不可能如預期的多,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(guò)電流過(guò)大而產(chǎn)生磁飽和,導磁率急劇下降。大電流濾波應采用結構上專(zhuān)門(mén)設計的磁珠,還要注意其散熱措施。

鐵氧體磁珠不僅可用于電源電路中濾除高頻噪聲(可用于直流和交流輸出),還可廣泛應用于其它電路,其體積可以做得很小。特別是在數字電路中,由于脈沖信號含有頻率很高的高次諧波,也是電路高頻輻射的主要根源,所以可在這種場(chǎng)合發(fā)揮磁珠的作用。

鐵氧體磁珠還廣泛應用于信號電纜的噪聲濾除。

以常用于電源濾波的HH-1H3216-500為例,其型號各字段含義依次為:

HH 是其一個(gè)系列,主要用于電源濾波,用于信號線(xiàn)是HB系列;

1 表示一個(gè)組件封裝了一個(gè)磁珠,若為4則是并排封裝四個(gè)的;

H 表示組成物質(zhì),H、C、M為中頻應用(50-200MHz),

T低頻應用(50MHz),S高頻應用(200MHz);

3216 封裝尺寸,長(cháng)3.2mm,寬1.6mm,即1206封裝;

500 阻抗(一般為100MHz時(shí)),50 ohm。

其產(chǎn)品參數主要有三項:

阻抗[Z]@100MHz (ohm) : Typical 50, Minimum 37;

直流電阻DC Resistance (m ohm): Maximum 20;

額定電流Rated Current (mA): 2500.

回答了什么磁珠

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,它的制造工藝和機械性能與陶瓷相似,顏色為灰黑色。電磁干擾濾波器中經(jīng)常使用的一類(lèi)磁芯就是鐵氧體材料,許多廠(chǎng)商都提供專(zhuān)門(mén)用于電磁干擾抑制的鐵氧體材料。這種材料的特點(diǎn)是高頻損耗非常大,具有很高的導磁率,他可以是電感的線(xiàn)圈繞組之間在高頻高阻的情況下產(chǎn)生的電容最小。對于抑制電磁干擾用的鐵氧體,最重要的性能參數為磁導率μ和飽和磁通密度Bs。磁導率μ可以表示為復數,實(shí)數部分構成電感,虛數部分代表?yè)p耗,隨著(zhù)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。當導線(xiàn)穿過(guò)這種鐵氧體磁芯時(shí),所構成的電感阻抗在形式上是隨著(zhù)頻率的升高而增加,但是在不同頻率時(shí)其機理是完全不同的。

在低頻段,阻抗由電感的感抗構成,低頻時(shí)R很小,磁芯的磁導率較高,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)可能出現使用鐵氧體磁珠后干擾增強的現象。

在高頻段,阻抗由電阻成分構成,隨著(zhù)頻率升高,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(shí)磁芯的損耗增加,電阻成分增加,導致總的阻抗增加,當高頻信號通過(guò)鐵氧體時(shí),電磁干擾被吸收并轉換成熱能的形式耗散掉。

鐵氧體抑制元件廣泛應用于印制電路板、電源線(xiàn)和數據線(xiàn)上。如在印制板的電源線(xiàn)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(zhuān)用于抑制信號線(xiàn)、電源線(xiàn)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)元件的數值大小與磁珠的長(cháng)度成正比,而且磁珠的長(cháng)度對抑制效果有明顯影響,磁珠長(cháng)度越長(cháng)抑制效果越好。

磁珠和電感的區別

電感是儲能元件,而磁珠是能量轉換(消耗)器件。電感多用于電源濾波回路,側重于抑止傳導性干擾;磁珠多用于信號回路,主要用于EMI方面。磁珠用來(lái)吸收超高頻信號,象一些RF電路,PLL,振蕩電路,含超高頻存儲器電路(DDR,,RAMBUS等)都需要在電源輸入部分加磁珠,而電感是一種儲能元件,用在LC振蕩電路、中低頻的濾波電路等,其應用頻率范圍很少超過(guò)50MHz。

1.片式電感:在電子設備的板電路中會(huì )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,以下就這兩種器件的特點(diǎn)進(jìn)行描述并分析他們的普通應用場(chǎng)合以及特殊應用場(chǎng)合。表面貼裝元件的好處在于小的封裝尺寸和能夠滿(mǎn)足實(shí)際空間的要求。除了阻抗值,載流能力以及其他類(lèi)似物理特性不同外,通孔接插件和表面貼裝器件的其他性能特點(diǎn)基本相同。在需要使用片式電感的場(chǎng)合,要求電感實(shí)現以下兩個(gè)基本功能:電路諧振和扼流電抗。諧振電路包括諧振發(fā)生電路,振蕩電路,時(shí)鐘電路,脈沖電路,波形發(fā)生電路等等。諧振電路還包括高Q帶通濾波器電路。要使電路產(chǎn)生諧振,必須有電容和電感同時(shí)存在于電路中。在電感的兩端存在寄生電容,這是由于器件兩個(gè)電極之間的鐵氧體本體相當于電容介質(zhì)而產(chǎn)生的。在諧振電路中,電感必須具有高Q,窄的電感偏差,穩定的溫度系數,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。穩定的溫度系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于封裝不一樣。電感結構包括介質(zhì)材料(通常為氧化鋁陶瓷材料)上繞制線(xiàn)圈,或者空心線(xiàn)圈以及鐵磁性材料上繞制線(xiàn)圈。在功率應用場(chǎng)合,作為扼流圈使用時(shí),電感的主要參數是直流電阻(DCR),額定電流,和低Q值。當作為濾波器使用時(shí),希望寬的帶寬特性,因此,并不需要電感的高Q特性。低的DCR可以保證最小的電壓降,DCR定義為元件在沒(méi)有交流信號下的直流電阻。

2.片式磁珠:片式磁珠的功能主要是消除存在于傳輸線(xiàn)結構()中的RF噪聲,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信號,而射頻RF能量卻是無(wú)用的電磁干擾沿著(zhù)線(xiàn)路傳輸和輻射(EMI)。要消除這些不需要的信號能量,使用片式磁珠扮演高頻電阻的角色(衰減器),該器件允許直流信號通過(guò),而濾除交流信號。通常高頻信號為30MHz以上,然而,低頻信號也會(huì )受到片式磁珠的影響。

片式磁珠由軟磁鐵氧體材料組成,構成高體積電阻率的獨石結構。渦流損耗同鐵氧體材料的電阻率成反比。渦流損耗隨信號頻率的平方成正比。 使用片式磁珠的好處:

小型化和輕量化。在噪聲頻率范圍內具有高阻抗,消除傳輸線(xiàn)中的電磁干擾。 閉合磁路結構,更好地消除信號的串繞。 極好的磁屏蔽結構。降低直流電阻,以免對有用信號產(chǎn)生過(guò)大的衰減。

顯著(zhù)的高頻特性和阻抗特性(更好的消除能量)。在高頻放大電路中消除寄生振蕩。有效的工作在幾個(gè)MHz到幾百MHz的頻率范圍內。要正確的選擇磁珠,必須注意以下幾點(diǎn): 不需要的信號的頻率范圍為多少。 噪聲源是誰(shuí)。需要多大的噪聲衰減。 環(huán)境條件是什么(溫度,直流電壓,結構強度)。 電路和負載阻抗是多少。是否有空間在PCB板上放置磁珠。前三條通過(guò)觀(guān)察廠(chǎng)家提供的阻抗頻率曲線(xiàn)就可以判斷。在阻抗曲線(xiàn)中三條曲線(xiàn)都非常重要,即電阻,感抗和總阻抗?傋杩雇ㄟ^(guò)ZR22πfL()2+:=fL來(lái)描述。典型的阻抗曲線(xiàn)可參見(jiàn)磁珠的DATASHEET。

通過(guò)這一曲線(xiàn),選擇在希望衰減噪聲的頻率范圍內具有最大阻抗而在低頻和直流下信號衰減盡量小的磁珠型號。 片式磁珠在過(guò)大的直流電壓下,阻抗特性會(huì )受到影響,另外,如果工作溫升過(guò)高,或者外部磁場(chǎng)過(guò)大,磁珠的阻抗都會(huì )受到不利的影響。

使用片式磁珠和片式電感的原因:是使用片式磁珠還是片式電感主要還在于應用。在諧振電路中需要使用片式電感。而需要消除不需要的EMI噪聲時(shí),使用片式磁珠是最佳的選擇。片式磁珠和片式電感的應用場(chǎng)合: 片式電感:射頻(RF)和無(wú)線(xiàn)通訊,信息技術(shù)設備,雷達檢波器,汽車(chē)電子,蜂窩電話(huà),尋呼機,音頻設備,PDAs(個(gè)人數字助理),無(wú)線(xiàn)遙控系統以及低壓供電模塊等。片式磁珠:時(shí)鐘發(fā)生電路,模擬電路和數字電路之間的濾波,I/O輸入/輸出內部連接器(比如串口,并口,鍵盤(pán),鼠標,長(cháng)途電信,本地局域網(wǎng)),射頻(RF)電路和易受干擾的邏輯設備之間,供電電路中濾除高頻傳導干擾,計算機,打印機,錄像機(VCRS),電視系統和手提電話(huà)中的EMI噪聲抑止。

磁珠的選用

1. 磁珠的單位是歐姆,而不是亨特,這一點(diǎn)要特別注意。因為磁珠的單位是按照它在某一頻率 產(chǎn)生的阻抗來(lái)標稱(chēng)的,阻抗的單位也是歐姆。磁珠的 DATASHEET上一般會(huì )提供頻率和阻抗的特性曲線(xiàn)圖,一般以100MHz為標準,比如1000R@100MHz,意思就是在100MHz頻率的時(shí)候磁珠的阻抗相當于600歐姆。

2. 普通濾波器是由無(wú)損耗的電抗元件構成的,它在線(xiàn)路中的作用是將阻帶頻率反射回信號源,所以這類(lèi)濾波器又叫反射濾波器。當反射濾波器與信號源阻抗不匹配時(shí),就會(huì )有一部分能量被反射回信號源,造成干擾電平的增強。為解決這一弊病,可在濾波器的進(jìn)線(xiàn)上使用鐵氧體磁環(huán)或磁珠套,利用滋環(huán)或磁珠對高頻信號的渦流損耗,把高頻成分轉化為熱損耗。因此磁環(huán)和磁珠實(shí)際上對高頻成分起吸收作用,所以有時(shí)也稱(chēng)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范圍。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(shí),長(cháng)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(wèn)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(huán)/磁珠抑制差模干擾時(shí),通過(guò)它的電流值正比于其體積,兩者失調造成飽和,降低了元件性能;抑制共模干擾時(shí),將電源的兩根線(xiàn)(正負)同時(shí)穿過(guò)一個(gè)磁環(huán),有效信號為差模信號,EMI吸收磁環(huán)/磁珠對其沒(méi)有任何影響,而對于共模信號則會(huì )表現出較大的電感量。磁環(huán)的使用中還有一個(gè)較好的方法是讓穿過(guò)的磁環(huán)的導線(xiàn)反復繞幾下,以增加電感量?梢愿鶕鼘﹄姶鸥蓴_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。對于輸入/輸出電路,應盡量靠近屏蔽殼的進(jìn)、出口處。對鐵氧體磁環(huán)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(chǎng)合。它們在線(xiàn)路中對高頻成分所呈現的電阻大約是十至幾百Ω,因此它在高阻抗電路中的作用并不明顯,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。

結論

由于鐵氧體可以衰減較高頻同時(shí)讓較低頻幾乎無(wú)阻礙地通過(guò),故在EMI控制中得到了廣泛地應用。用于EMI吸收的磁環(huán)/磁珠可制成各種的形狀,廣泛應用于各種場(chǎng)合。如在PCB板上,可加在DC/DC模塊、數據線(xiàn)、電源線(xiàn)等處。它吸收所在線(xiàn)路上高頻干擾信號,但卻不會(huì )在系統中產(chǎn)生新的零極點(diǎn),不會(huì )破壞系統的穩定性。它與電源濾波器配合使用,可很好的補充濾波器高頻端性能的不足,改善系統中濾波特性。

 
 
 
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