電路設計~磁珠應用

張貼日期：Nov 15, 2013 1:37:51 PM

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，電感由磁心和線圈組成，磁珠把交流信號轉化為熱能，電感把交流存儲起來，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 ,它在低頻時電阻比電感小得多。 

鐵氧體磁珠 (Ferrite Bead) 是目前應用發展很快的一種抗干擾組件，廉價、易用，濾除高頻噪聲效果顯著。 

在 電路中只要導線穿過它即可（我用的都是象普通電阻模樣的，導線已穿過並膠合，也有表面貼裝的形式，但很少見到賣的）。當導線中電流穿過時，鐵氧體對低頻電 流幾乎沒有什麼阻抗，而對較高頻率的電流會產生較大衰減作用。高頻電流在其中以熱量形式散發，其等效電路為一個電感和一個電阻串聯，兩個組件的值都與磁珠 的長度成比例。磁珠種類很多，製造商應提供技術指標說明，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，用導線穿過可增加組件阻抗（穿過磁珠次數的平方），不過在高頻時所增加的抑制噪聲能力不可能如預期的多，而用多串聯幾個磁珠的辦法會好些。 

鐵氧體是磁性材料，會因通過電流過大而產生磁飽和，導磁率急劇下降。大電流濾波應採用結構上專門設計的磁珠，還要注意其散熱措施。 

鐵氧體磁珠不僅可用於電源電路中濾除高頻噪聲（可用於直流和交流輸出），還可廣泛應用於其它電路，其體積可以做得很小。特別是在數字電路中，由於脈衝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，所以可在這種場合發揮磁珠的作用。 

鐵氧體磁珠還廣泛應用於信號電纜的噪聲濾除。 

以常用於電源濾波的HH-1H3216-500為例，其型號各字段含義依次為： 

HH 是其一個系列，主要用於電源濾波，用於信號線是HB系列； 

1 表示一個組件封裝了一個磁珠，若為4則是並排封裝四個的； 

H 表示組成物質，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3.2mm，寬1.6mm，即1206封裝； 

500 阻抗（一般為100MHz時），50 ohm。 

其產品參數主要有三項： 

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. 

回答了什麼磁珠

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，它的製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，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。對於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，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，並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後干擾增強的現象。 

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，電磁干擾被吸收並轉換成熱能的形式耗散掉。 

鐵氧體抑制元件廣泛應用於印製電路板、電源線和數據線上。如在印製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於抑制信號線、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。 

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。電感多用於電源濾波回路，側重於抑止傳導性干擾；磁珠多用於信號回路，主要用於EMI方面。磁珠用來吸收超 高頻信號，像一些RF電路，PLL，振盪電路，含超高頻存儲器電路（DDR,SDRAM,RAMBUS等）都需要在電源輸入部分加磁珠，而電感是一種儲能 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。 

1.片式電感：在電子設備的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，以下就這兩種器件的特點進行描述並分析他們的普通應用場合以及特殊應用場 合。表面貼裝元件的好處在於小的封裝尺寸和能夠滿足實際空間的要求。除了阻抗值，載流能力以及其他類似物理特性不同外，通孔接插件和表面貼裝器件的其他性 能特點基本相同。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，時鍾電路，脈衝電 路，波形發生電路等等。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儘量小。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，希望寬的帶寬特性，因此，並不需 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 要是消除存在於傳輸線結構（PCB電路） 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，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。在射頻噪聲頻率範圍內具有高阻抗，消除傳輸線中的電磁干擾。 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，以免對有用信號產生過大的衰減。 

顯 著的高頻特性和阻抗特性（更好的消除RF能 量）。在高頻放大電路中消除寄生振盪。有效的工作在幾個MHz到幾百MHz的頻率範圍內。要正確的選擇磁珠，必須注意以下幾點： 不需要的信號的頻率範圍為多少。 噪聲源是誰。需要多大的噪聲衰減。 環境條件是什麼（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。前三條通過觀察廠家提供的阻抗頻率曲線就可以判斷。在阻抗曲線中三條曲線都非常重要，即電阻，感 抗和總阻抗。總阻抗通過ZR22πfL()2+:=fL來描述。典型的阻抗曲線可參見磁珠的DATASHEET。 

通過這一曲線，選擇在希望衰減噪聲的頻率範圍內具有最大阻抗而在低頻和直流下信號衰減儘量小的磁珠型號。 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。 

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於應用。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，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合： 片式電感：射頻（RF）和無線通訊，信息技術設備，雷達檢波器，汽車電子，蜂窩電話，尋呼機，音頻設備，PDAs（個人數字助理），無線遙控系統以及低壓 供電模塊等。片式磁珠：時鍾發生電路，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，並口，鍵盤，鼠標，長途電信，本地局域 網），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 珠的阻抗相當於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，而對於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 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，應儘量靠近屏蔽殼的進、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。

結論

由 於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。用於EMI吸收的磁環/磁珠可製成各種的形狀，廣泛應用於各種 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.

引用自：http://leonard727.pixnet.net/blog/post/18038648