磁珠在高速电路设计中的等效电路及其应用、分析

在电路板中我们常用的磁珠的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),外形和电感较为相似,主要功能是吸收电源、信号上的噪声等干扰,是一种抗干扰元件,滤除高频噪声效果显著。

无论是电感和电容消除干扰来说,电容只是为噪声提供一个地阻抗路径,而电感则是把噪声反射回去,从本质上来说他们都没有消除噪声,只是改变了噪声的传播路径。而磁珠则不同,在一定的频率内它能反射噪声,在一定的频率内还能吸收噪声转化为热能,从这一点来看,磁珠才是真正的消除了噪声。

1、磁珠的等效电路
1.1、铁氧体材料的特点

铁氧体材料的特点是高频损耗非常大,具有很高的导磁率,对较高频率的电流会产生较大的衰减。对于抑制电磁干扰用的铁氧体,最重要的性能参数为磁导率μ和饱和磁通密度Bs。它的等效电路为一个电感和一个电阻串联,两个元件的值都与磁珠的长度成比例。当导线穿过这种铁氧体磁芯时,所构成的电感阻抗是随着频率的升高而增加。高频电流在其中以热量形式散发。

1.2、磁珠等效电路

磁珠等效电路的电感部分以X表示,电阻成分以R表示。其整体特性是用R和X合成的阻抗Z的频率特性来表示。

磁珠的等效电路

磁珠的等效电路

磁珠的阻抗Z,在低频段由X起主导作用,体现出电感性,其功能是反射噪声。在高频段是R起主导作用,表现出电阻性,其作用是吸收噪声并将噪声转化为热量。证两种功能的转换点就是在曲线上R和X相等处。

磁珠的阻抗特性曲线

磁珠的阻抗特性曲线

如上图所示R、X交叉点便是功能的转换点,转换点以下体现出电感性,以上体现出电阻性。转换点频率越高其磁珠体现出电感性的频带越宽,对低频的吸收能力越弱,对高频的吸收能力越强;转换点频率越低其磁珠体现出电感性的频带越窄,对低频的吸收能力越强,对高频的吸收能力越弱。

2、在高速电路中如何选择磁珠

磁珠的单位是欧姆,是按照它在某一频率下产生的阻抗来标称的。磁珠的数据参数表(DATASHEET)上,一般会提供频率和阻抗的特性曲线图,常以100MHz为标准,比如600R@100MHz,意思就是在100MHz频率时磁珠的阻抗相当于600欧姆。

例如某磁珠参数为120Ω,25%,3A,1206,是指在频率1OOMHz时,阻抗值为1200,允许误差是:±25%,允许穿过的标称最大电流为3A;1206是外形尺寸,EIAl206(英制:英寸)等同于JIS/IEC3216(国际单位制:毫米),即长3.2mm、宽1.6mm。磁环和磁珠对高频成分起吸收作用,也称为吸收滤波器。

2.1、在高速电路中的选型

在磁珠选型时,需仔细分析电路信号与噪声所在的频带,所选择的磁珠应满足:电路噪声的频带大于磁珠频率的转化点,以便于磁珠吸收噪声而不是反射噪声;电路信号的频带应处于转换点以下,以防有效信号被磁珠衰减。

对于串联磁珠的线路,磁珠转换点频率越低线路震荡与波性失真就越小 ;反之越大。铁氧体磁珠广泛应用于印制电路板,如在印制板的电源线入口端套上磁珠(较大的磁环),就可以滤除高频干扰。铁氧体磁环或磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频干扰和尖峰干扰,它也具有吸收静电放电脉冲干扰的能力。

磁珠的参数选择

磁珠的参数选择

2.2、磁珠在电源电路中的选型

磁珠的选型,还需要考虑额定电流、直流阻抗和谐振频率等因素。与电感类似,在磁珠用于电源电路滤波时,其工作电流不能大于磁珠的额定电流。当工作电流大于磁珠的额定电流时,将会对磁珠本身产生不利影响,使其损坏。

磁珠本身还有直流阻抗,在电源电路较大时,还应注意直流阻抗。另外,还应考虑其谐振频率,当工作频率高于谐振频率时,磁珠表现为电容性,阻抗迅速减小。

文章来源:今日头条

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