铁氧体是磁珠的主要原料。铁氧体是立方晶格结构的亚铁磁性材料。铁氧体材料为铁镁合金或铁镍合金,其制造工艺和机械性能与陶瓷相似,颜色为灰黑色。电磁干扰滤波器中经常使用的一类磁芯就是铁氧体材料,许多厂商都提供专门用于电磁干扰抑制的铁氧体材料。这种材料具有高频损耗大、导磁率高的特点,在高频高阻的情况下,电感线圈绕组之间的电容最小。磁导率是抑制电磁干扰的最重要的性能参数μ饱和磁通密度Bs。磁导率μ可以说是复数,实数构成电感,随着频率的增加,虚数代表损失。因此,其等效电路是由电感L和电阻R组成的串联电路,L和R都是频率函数。当导线穿过铁氧体磁芯时,电感阻抗的形式随频率的增加而增加,但其机制在不同频率下完全不同。
在低频段,阻抗由电感的感抗组成,低频时R很小,磁芯的磁导率较高,因此电感较大,L它起着主要作用。电磁干扰反射抑制,磁芯损耗小。整个设备是一种低损耗、高Q特性的电感,容易引起谐振。因此,在低频段,有时使用铁氧体磁珠后可能会出现干扰增强。 在高频段,阻抗由电阻成分组成。随着频率的增加,磁芯的磁导率降低,导致电感和感抗成分的电感减少 然而,磁芯损耗增加,电阻成分增加,导致总阻抗增加。当高频信号通过铁氧体时,电磁干扰被吸收并转化为热能。
铁氧体抑制元件广泛应用于印刷电路板、电源线和数据线。如果在印刷板的电源线入口处添加铁氧体抑制元件,则可以过滤掉高频干扰。铁氧体磁环或磁珠专门用于抑制信号线和电源线上的高频干扰和尖峰干扰。它还具有吸收静电放电脉冲干扰的能力。
两个元件的值与磁珠的长度成正比,磁珠的长度对抑制效果有明显影响,磁珠的长度越长,抑制效果越好。
1. 磁珠的单位是欧姆,而不是亨特,要特别注意。由于磁珠的单位是根据其在一定频率下产生的阻抗来标称的,阻抗的单位也是欧姆。磁珠的DATASHEET 频率和阻抗的特征曲线图一般为100MHz 为标准,如1万R@100MHz,意思就是在100MHz 磁珠的阻抗相当于600 欧姆。 2. 普通滤波器由无损电抗元件组成,其作用是将阻带频率反射回信号源,因此这种滤波器又称反射滤波器。当反射滤波器与信号源阻抗不匹配时,部分能量会反射回信号源,导致干扰电平增强。为了解决这一缺点,铁氧体磁环或磁珠套可以用于滤波器进线,高频成分可以通过滋环或磁珠的涡流损失转化为热损失。因此,磁环和磁珠实际上吸收了高频成分,所以有时也被称为吸收滤波器。 不同的铁氧体抑制元件有不同的最佳抑制频率。磁导率越高,抑制频率越低。此外,铁氧体体积越大,抑制效果越好。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,抑制效果越好。但在有直流或交流偏流的情况下,仍存在铁氧体饱和的问题,抑制元件横截面越大,饱和越困难,可承受的偏流越大。 EMI 吸收磁环/磁珠抑制差模干扰时,其电流值与其体积成正比,导致饱和,降低元件性能;抑制共模干扰时,电源的两条线(正负)同时通过磁环,有效信号为差模信号,EMI 磁环/磁珠的吸收对其没有影响,而共模信号则表现出较大的电感。使用磁环的另一个好方法是让穿过磁环的导线反复绕几次,以增加电感。它的抑制作用可以根据其对电磁干扰的抑制原理合理使用。 应在干扰源附近安装铁氧体抑制元件。输入/输出电路应尽可能靠近屏蔽壳的进出口。除了高磁导率的有耗材料外,还应注意铁氧体磁环和磁珠组成的吸收滤波器的应用。它们在线路中对高频成分的电阻大约是十到几百Ω,因此,它在高阻抗电路中的作用并不明显。相反,它在低阻抗电路(如功率分配、电源或射频电路)中的应用将非常有效。
电感是储能元件,磁珠是可转换(消耗)装置。电感主要用于电源滤波电路,重点是抑制传导干扰;磁珠主要用于信号电路,主要用于EMI方面。像某些一样,磁珠被用来吸收超高频信号RF电路,PLL,振荡电路包括超高频存储电路(DDR,SDRAM,RAMBUS 等)需要在电源输入部分添加磁珠,电感是储能元件LC振荡电路、中低频滤波电路等,其应用频率很少超过50MHz。
1.片式电感:电子设备PCB感性元件和板电路将大量使用EMI滤波器元件。这些元件包括片式电感和片式磁珠,以下描述和分析了它们的普通应用和特殊应用。表面贴装元件的优点是包装尺寸小,能满足实际空间的要求。除了不同的阻抗值、载流能力和其他类似的物理特性外,通孔插件和表面贴装设备的其他性能特性基本相同。要求电感实现以下两个基本功能:电路谐振和扼流电抗。
谐振电路包括谐振电路、振荡电路、时钟电路、脉冲电路、波形电路等。谐振电路还包括高Q带滤波器电路。为了使电路谐振,必须有电容和电感相同 它存在于电路中。寄生电容存在于电感的两端,这是由于两个电极之间的铁氧体本体相当于电容介质。在谐振电路中,电感必须很高Q,只有电感偏差窄,温度系数稳定,才能满足谐振电路窄带和低频温度漂移的要求。
高Q电路具有尖锐的谐振峰值。窄电感偏置确保谐振频率偏差尽可能小。稳定的温度系数确保谐振频率具有稳定的温度变化特性。径向导出电感和轴向导出电感和片式电感的标准区别在于包装不同。电感结构包括在介质材料(通常是氧化铝陶瓷材料)上绕线圈,或在空心线圈和铁磁材料上绕线圈。电感的主要参数是直流电阻(DCR),额定电流,低Q值。作为滤波器使用时,需要宽带宽特性,所以不需要高Q电感特性。低的DCR能保证最小电压降,DCR在没有交流信号的情况下,将元件定义为直流电阻。
2, 片式磁珠:片式磁珠的功能主要是消除存在于传输线结构(PCB 电里)中的RF噪声,RF能量是叠加在直流传输电平上的交流正弦波成分。直流成分是所需的有用信号,而射频RF能量是无用的电磁干扰沿线传输和辐射(EMI)。要消除这些不需要的信号能量,使用片式磁珠扮演高频电阻的角色(衰减器),该器件允许直流信号通过,而滤除交流信号。通常高频信号是30MHz然而,低频信号也会受到片式磁珠的影响。片式磁珠由软磁铁氧体材料组成,形成高体积电阻率的独石结构。涡流损耗与铁氧体材料的电阻率成反比。涡流损耗随信号频率的平方成正比。
标称值:由于磁珠的单位是按其在一定频率下产生的阻抗标称的,阻抗单位也是欧姆,一般为100MHz以2012年为标准,如B601,就是指在100MHz磁珠的阻抗是600欧姆。 额定电流:额定电流是指允许通过电流确保电路正常工作。
解决了磁珠和电感EMI和EMC首先,让我们来看看磁珠和电感之间的区别。电感是闭合电路的属性,主要用于电源滤波电路,磁珠主要用于 用于信号回路EMC对策磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰,而电感主要用于抑制传导干扰。像某些一样,磁珠被用来吸收超高频信号RF电 路,PLL,振荡电路包括超高频存储电路(DDR SDRAM,RAMBUS等)电源输入部分需要加磁珠,两者都可以用来处理EMC、EMI问题。
解决了磁珠和电感EMI和EMC首先,让我们来看看磁珠和电感之间的区别。电感是闭合电路的属性,主要用于电源滤波电路,磁珠主要用于 用于信号回路EMC对策磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰,而电感主要用于抑制传导干扰。像某些一样,磁珠被用来吸收超高频信号RF电 路,PLL,振荡电路包括超高频存储电路(DDR SDRAM,RAMBUS等)电源输入部分需要加磁珠,两者都可以用来处理EMC、EMI问题。
磁珠和电感EMI和EMC电路的关键是抑制高频传导干扰信号,抑制电感。但从原理上看,磁珠可以等效成电感,这意味着仍然存在在 最大的区别在于电感线圈有分布式电容。因此,电感线圈相当于电感与分布式电容并联。如图1所示。图1中,LX电感线圈等效电感(理想电感) 感),RX线圈等效电阻,CX电感分布电容。

图1 电感线圈等效电路图
从理论上讲,抑制传导干扰信号需要抑制电感的电感越大,但对于电感线圈,电感越大,电感线圈的分布电容越大,两者的作用将相互抵消。
图2 普通电感线圈的阻抗频率的关系图
图 2是普通电感线圈的阻抗和频率之间的关系图。从图中可以看出,电感线圈的阻抗是随着频率的增加而增加的,但当阻抗增加到最大值时,阻抗就会增加 由于并联分布电容的作用,频率上升并迅速下降。当阻抗增加到最大值时,电感线圈的分布电容与等效电感并联谐振。图中,L1 > L2 > L由此可知电感圈的电感量越大,其谐振频率就越低。从图2中可以看出,如果要对频率为1MHZ的干扰信号进行抑制,选用L1倒不如选用L3,因为 L3的电感量要比L1小十几倍,因此L3的成本也要比L1低很多。
如果我们还要对抑制频率进一步提高,那么我们最后选用的电感线圈就只好是它的最小极限值,只有1圈或不到1圈了。磁珠,即穿心电感,就是一个匝数小于1圈的电感线圈。但穿心电感比单圈电感线圈的分布电容小好几倍到几十倍,因此,穿心电感比单圈电感线圈的工作频率更高。
穿心电感的电感量一般都比较小,大约在几微亨到几十微亨之间,电感量大小与穿心电感中导线的大小以及长度,还有磁珠的截面积都有关系,但与磁珠电感量关系最 大的还要算磁珠的相对导磁率Uy.图3、图4是分别是指导线和穿心电感的原理图,计算穿心电感时,首先要计算一根圆截面直导线的电感,然后计算结果乘上磁 珠相对导磁率 就可以求出穿心电感的电感量。
图3 圆截面直导线的电感图
图4 磁珠穿心电感图
另外,当穿心电感的工作频率很高时,在磁珠体内还会产生涡流,这相当于穿心电感的导磁率要降低,此时,我们一般都使用有效导磁率。有效导磁率 就是在某个工作频率之下,磁珠的相对导磁率。但由于磁珠的工作频率都只是一个范围,因此在实际应用中多用平均导磁率。
在低频时,一般磁珠的相对导磁率都很大(大于100),但在高频时其有效导磁率只有相对导磁率的几分之一,甚至几十分之一。因此,磁珠也有截止频率的问题, 所谓截止频率,就是使磁珠的有效导磁率下降到接近1时的工作频率fc,此时磁珠已经失去一个电感的作用。一般磁珠的截止频率fc都在30~300MHz之 间,截止频率的高低与磁珠的材料有关,一般导磁率越高的磁芯材料,其截止频率fc反而越低,因为低频磁芯材料涡流损耗比较大。使用者在进行电路设计的时 候,可要求磁芯材料的提供商提供磁芯工作频率与有效导磁率 的测试数据,或穿心电感在不同工作频率之下的曲线图。图5是穿心电感的频率曲线图。
图5 穿心电感的频率曲线图
磁珠另一个用途就是用来做电磁屏蔽,它的电磁屏蔽效果比屏蔽线的屏蔽效果还要好,这是一般人不太注意的。其使用方法就是让一双导线从磁珠中间穿过,那么当有 电流从双导线中流过时,其产生的磁场将大部份集中在磁珠体内,磁场不会再向外辐射;由于磁场在磁珠体内会产生涡流,涡流产生电力线的方向与导体表面电力线 的方向正好相反,互相可以抵消,因此,磁珠对于电场同样有屏蔽作用,即:磁珠对导体中的电磁场有很强的屏蔽作用。
使用磁珠进行电磁屏蔽的优点是磁珠不用接地,可以免去屏蔽线要求接地的麻烦。用磁珠作为电磁屏蔽,对于双导线来说,还相当于在线路中接了一个共模抑制电感,对共模干扰信号有很强的抑制作用。
从上述我们可以了解到,磁珠和电感在EMC、EMI电路中都能起到抑制的作用,主要是抑制方面的不同,而电感在高频谐振以后都不能再起电感的作用了,先必需 明白EMI的两个途径,即:辐射和传导,不同的途径采用不同的抑制方法。前者用磁珠,后者用电感。还需我们注意的地方是共模抑制电感与Y电容的连接位置, 那什么是共模抑制电感,就是在地线或其它输入输出线之间串联电感,这个电感称为共模抑制电感,共模抑制电感的一端与机器中的地线(公共端)相连,另一端与 一个Y电容相连,Y电容的另一端与大地相连。这是抑制传导干扰的最有效方法。