嘉峪检测网 2025-03-15 09:35
导读:明确磁珠在电路中的作用(如抑制高频噪声、EMI滤波、信号线保护等),确保选型满足电路性能、可靠性、成本及空间要求。
1. 选型目标
明确磁珠在电路中的作用(如抑制高频噪声、EMI滤波、信号线保护等),确保选型满足电路性能、可靠性、成本及空间要求。
1.1 定义磁珠,全称为铁氧体磁珠滤波器(另有一种是非晶合金磁性材料制作的磁珠),是一种抗干扰元件,滤除高频噪声效果显著。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,通常为铁镁合金或铁镍合金,制造工艺和机械性能与陶瓷相似,颜色为灰黑色。
1.2 工作原理磁珠在不同频率下表现出不同的特性:
低频段 :磁珠呈现感性,感抗L起主要作用,电感量较大,电磁干扰被反射而受到抑制。
中高频段 (几兆赫兹到几百兆赫兹):磁珠表现为高阻抗,电阻成分起主要作用,将吸收的噪声转化为热能再发散出去。
甚高频段 (GHz):磁珠表现为容性,总阻抗迅速下降。
1.3磁珠的单位
磁珠的单位是欧姆,而不是亨特,这一点要特别注意。因为磁珠的单位是按照它在某一频率产生的阻抗来标称的,阻抗的单位也是欧姆。磁珠的DATASHEET 上一般会提供频率和阻抗的特性曲线图,一般以100MHz为标准,比如600R@100MHz,意思就是在100MHz 频率的时候磁珠的阻抗相当于600欧姆。
1.4 磁珠的结构特点
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)。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。
1.5 主要应用领域
电源电路 :滤除高频噪声(可用于直流和交流输出)。
信号线 :抑制信号线上的高频噪声和尖峰干扰。
数字电路 :特别适用于含有高频脉冲信号的电路。
电缆 :用于信号电缆的噪声滤除。
2. 核心参数要求
1、直流电阻DCResistance(mohm):直流电流通过此磁珠时,此磁珠所呈现的电阻值。
2、额定电流RatedCurrent(mA):表示磁珠正常工作时的最大允许电流。
3、阻抗[Z]@100MHz(ohm):这里所指的是交流阻抗。
4、阻抗-频率特性:描述阻抗值随频率变化的曲线。
5、电阻-频率特性:描述电阻值随频率变化的曲线
6、感抗-频率特性:描述感抗随频率变化的曲线。
下图为某厂家磁珠特性参数及频率特性曲线:
2.1 频率特性
噪声频段 :根据电路中需要抑制的噪声频率范围(如100MHz、500MHz等)选择对应频段的磁珠。
阻抗曲线 :磁珠的阻抗(Z)随频率变化的特性需匹配目标频段。例如,高频噪声需选择阻抗峰值对应的频段较高的磁珠。
2.2 额定电流
最大工作电流 :磁珠的额定电流必须高于电路中的最大工作电流,避免磁芯饱和导致性能下降。
降额设计 :建议额定电流留20%-30%余量,尤其在高温环境下需考虑电流降额。
2.3 直流电阻(DCR)
DCR应尽量低,避免造成信号衰减或电源压降。例如,电源线磁珠的DCR需满足压降要求(如ΔV < 50mV)。
2.4 封装与尺寸
根据PCB空间限制选择封装(如0402、0603、0805等),并考虑散热需求。
大电流场景需优先选用大尺寸封装(如1206及以上)。
2.5 温度特性
确保磁珠在应用环境温度范围内阻抗稳定。高温环境下需选择温度特性优良的型号(如-55°C~+125°C)。
2.6 型号命名
磁珠的型号一般由五部分组成:
类别:多用字母表示。
尺寸:用数字表示(英制)。
材料:用字母表示,如X代表小型。
阻抗:100MHz时的阻抗。
包装方式:用字母表示。
例如,某型号磁珠命名如下:
CBG 100505 V 121 T
CBG:叠层片式
100505:规格尺寸
V:材料
121:阻抗
T:包装方式
产品规格命名方法:
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。
2.7 分类
根据磁珠的应用场合,大致可分为普通型、大电流型、尖峰型等:
普通型 :用于电流不大于600mA,直流电阻一般为零点几个欧姆。
大电流型 :应用于较大电流场合,直流电阻较小,约小于普通型磁珠一个数量级。
尖峰型 :在特定频率区域内阻抗急剧上升,对特定频段内的干扰衰减较大。
3. 选型流程
3.1 需求分析
明确电路类型(电源线、信号线、高速数字线等)、噪声频段、额定电流、电压等参数。
例:电源线滤波需关注额定电流和DCR;高速信号线需关注高频阻抗。
3.2 参数筛选
根据频率特性初选磁珠型号。
排除额定电流和DCR不达标的型号。
结合封装尺寸和成本进一步缩小范围。
磁珠有很高的电阻率和磁导率,等效于电阻和电感串联,但电阻值和电感值都随频率变化。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。
3.3 对比分析
对比候选型号的关键参数(如阻抗@100MHz、DCR、额定电流、价格)。
优先选择综合性能最优的型号,而非单一参数突出产品。
3.4 样品测试
关键测试项 :
实际电路中插入损耗(S参数)。
温升测试(满载电流下磁珠表面温度)。
长期稳定性测试(高温老化)。
3.5 选型要点
选择磁珠应考虑以下因素:
不需要的信号频率范围 :通过观察厂家提供的阻抗频率曲线判断。
噪声源 :确定噪声来源。
需要的噪声衰减程度 :根据实际需求选择合适阻抗的磁珠。
环境条件 (温度、直流电压、结构强度)。
电路和负载阻抗 。
PCB板上的空间 。
4. 常见问题与解决方案
4.1 电流与阻抗的平衡
问题 :高额定电流的磁珠通常阻抗较低。
方案 :若噪声抑制要求高,可串联多个磁珠或结合π型滤波电路。
4.2 多频点噪声抑制
问题 :单颗磁珠无法覆盖多个噪声频段。
方案 :使用多颗不同频响特性的磁珠组合,或选用宽频磁珠。
4.3 空间限制
问题 :小封装磁珠电流能力不足。
方案 :选择叠层式或高密度材料磁珠(如铁氧体+纳米晶复合材质)。
5. 推荐品牌与型号参考
TDK :BLM系列(通用型)、MMZ系列(大电流)。
Murata :BLM**系列(信号线)、PL 系列(电源线)。
Vishay :IHLP系列(高频低DCR)。
6. 注意事项
避免仅根据单一频率点的阻抗值选型,需结合全频段特性。
高频电路中,寄生电容和电感可能影响性能,需结合仿真或实测验证。
磁珠的安装位置应尽量靠近噪声源(如IC电源引脚)。
磁饱和问题铁氧体是磁性材料,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,并注意散热措施。
来源:硬十
关键词: 磁珠