磁珠的原理與應用

 文章主題：  磁珠的原理與應用    

 磁珠專用于抑制信號線、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。磁珠是用來吸收超高頻信號，象一些RF電路，PLL，振蕩電路，含超高頻存儲器電路（DDRSDRAM，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振蕩電路，中低頻的濾波電路等，其應用頻率范圍很少超過50MHZ。 磁珠有很高的電阻率和磁導率，等效于電阻和電感串聯，但電阻值和電感值都隨頻率變化。
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于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，他可以是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。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，L和R都是頻率的函數。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升高而增加，但是在不同頻率時其機理是完全不同的。
在低頻段，阻抗由電感器的感抗構成，低頻時R很小，磁芯的磁導率較高，因此電感量較大，L起主要作用，電磁干擾被反射而受到抑制，并且這時磁芯的損耗較小，整個器件是一個低損耗、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，隨著頻率升高，磁芯的磁導率降低，導致電感線圈的電感量減小，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，當高頻信號通過鐵氧體時，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、電源線和數據線上。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。鐵氧體磁環或磁珠專用于抑制信號線、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沖干擾的能力。
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。

1. 磁珠的單位是歐姆，而不是亨特，這一點要特別注意。因為磁珠的單位是按照它在某一頻率 產生的阻抗來標稱的，阻抗的單位也是歐姆。磁珠的 DATASHEET上一般會提供頻率和阻抗的特性曲線圖，一般以100MHz為標準，比如1000R@100MHz，意思就是在100MHz頻率的時候磁珠的阻抗相當于600歐姆。

2. 普通濾波器是由無損耗的電抗元件構成的，它在線路中的作用是將阻帶頻率反射回信號源，所以這類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，就會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，可在濾波器的進線上使用鐵氧體磁環或磁珠套，利用滋環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，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，將電源的兩根線（正負）同時穿過一個磁環，有效信號為差模信號，EMI吸收磁環/磁珠對其沒有任何影響，而對于共模信號則會表現出較大的電感量。磁環的使用中還有一個較好的方法是讓穿過的磁環的導線反復繞幾下，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、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。它們在線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。

    由于鐵氧體可以衰減較高頻同時讓較低頻幾乎無阻礙地通過，故在EMI控制中得到了廣泛地應用。用于EMI吸收的磁環/磁珠可制成各種的形狀，廣泛應用于各種場合。如在PCB板上，可加在DC/DC模塊、數據線、電源線等處。它吸收所在線路上高頻干擾信號，但卻不會在系統中產生新的零極點，不會破壞系統的穩定性。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。