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【工程师必读】如何快速了解村田磁珠选型

2018-10-10
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1. 磁珠简介

村田磁珠属于EMI静噪元件,也同属于静噪滤波器,学名叫片状铁氧体磁珠,功效等效于电阻和电感串联在电路中,阻值和电感值都由电路中频率变化而变化,在有高频通过时,表现出阻性,从而发挥出过滤高频的滤波器作用。


生产村田磁珠主要原料是铁氧体,主要成分是铁镁合金或铁镍合金,外表成灰黑色。


电路中的高频信号在通过铁氧体这种材料时会大量消耗高频信号,正是因为铁氧体的这种消耗高频的特性,使得磁珠在电路中起着阻高频通低频的作用。


2. 磁珠命名规则

下图以型号BLM18AG331SN1D为例说明磁珠的命名规则


3. 磁珠特性参数

(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


4. 磁珠结构

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。


下图为片状铁氧体磁珠的典型结构。在原始铁氧体片层之间形成线圈图案,并且通过集成和烧制的过程,产生三维线圈结构。


5. 磁珠的选用

1. 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1000R@100MHz,意思就是在100MHz频率的时候磁珠的阻抗相当于600欧姆。


2. 普通滤波器是由无损耗的电抗元件构成的,它在线路中的作用是将阻带频率反射回信号源,所以这类滤波器又叫反射滤波器。


当反射滤波器与信号源阻抗不匹配时,就会有一部分能量被反射回信号源,造成干扰电平的增强。为解决这一弊病,可在滤波器的进线上使用铁氧体磁环或磁珠套,利用滋环或磁珠对高频信号的涡流损耗,把高频成分转化为热损耗。因此磁环和磁珠实际上对高频成分起吸收作用,所以有时也称之为吸收滤波器。


不同的铁氧体抑制元件,有不同的最佳抑制频率范围。通常磁导率越高,抑制的频率就越低。


此外,铁氧体的体积越大,抑制效果越好。在体积一定时,长而细的形状比短而粗的抑制效果好,内径越小抑制效果也越好。但在有直流或交流偏流的情况下,还存在铁氧体饱和的问题,抑制元件横截面越大,越不易饱和,可承受的偏流越大。


EMI吸收磁环/磁珠抑制差模干扰时,通过它的电流值正比于其体积,两者失调造成饱和,降低了元件性能;抑制共模干扰时,将电源的两根线(正负)同时穿过一个磁环,有效信号为差模信号,EMI吸收磁环/磁珠对其没有任何影响,而对于共模信号则会表现出较大的电感量。


磁环的使用中还有一个较好的方法是让穿过的磁环的导线反复绕几下,以增加电感量。可以根据它对电磁干扰的抑制原理,合理使用它的抑制作用。


铁氧体抑制元件应当安装在靠近干扰源的地方。对于输入/输出电路,应尽量靠近屏蔽壳的进、出口处。


对铁氧体磁环和磁珠构成的吸收滤波器,除了应选用高磁导率的有耗材料外,还要注意它的应用场合。它们在线路中对高频成分所呈现的电阻大约是十至几百Ω,因此它在高阻抗电路中的作用并不明显,相反,在低阻抗电路(如功率分配、电源或射频电路)中使用将非常有效。


6. 磁珠功能原理

下图显示片状铁氧体磁珠的阻抗频率特性的示例。所涉及的基本原理如下:随着频率上升,阻抗随着电感器的增加而成比例增加,因此通过在电路中串联连接这些磁珠,它们起到低通滤波器的作用。对于常规电感器,阻抗(Z)值中的主要特征是电抗分量(X)。

另一方面,由于片状铁氧体磁珠使用在高频下具有高损耗的铁氧体材料,因此高频范围内的主要特性是电阻分量(R)。电抗分量不伴有损耗,但电阻分量是。这意味着,与常规电感器相比,片状铁氧体磁珠具有更好的吸收噪声能量的特性。


芯片铁氧体磁珠通常通过阻抗值在100MHz的频率下标准化。但是,可以使用具有相同阻抗值的多种产品。这是为了能够选择阻抗曲线的锐度。


下图显示了曲线变化的示例。BLM18AG601SN1和BLM18BD601SN1都是片状铁氧体磁珠,在100 MHz时阻抗值为600Ω,但BLM18BD601SN1具有更尖锐的阻抗曲线,而BLM18AG601SN1的曲线上升更为平缓。

对于阻抗曲线平缓上升的类型,阻抗在较低频率水平开始增加,因此可以在从极低频率到高频率的宽频带上抑制噪声。但是,如果信号频率相对较高,则该频率也可能衰减。


相反,对于阻抗曲线急剧上升的类型,阻抗仅在高频范围内增加,因此即使使用具有相对高频率的信号,也可以在不影响信号的情况下抑制噪声。因此,在选择片状铁氧体磁珠时,要考虑抑制噪声的信号频率是很重要的。


7. 磁珠用法



8. 磁珠应用案例


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