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电感和磁珠的区别及应用

浏览次数:61705/22/2017  

磁珠由氧磁体组成,电感由磁心和线圈组成,磁珠把交流信号转化为热能,电感把交流存储起来,缓慢的释放出去。

磁珠对高频信号才有较大阻碍作用,一般规格有100欧/100mMHZ ,它在低频时电阻比电感小得多。电感的等效电阻可有Z=2X3.14xf 来求得。

铁氧体磁珠 (Ferrite Bead) 是目前应用发展很快的一种抗干扰元件,廉价、易用,滤除高频噪声效果显著。在电路中只要导线穿过它即可(我用的都是象普通电阻模样的,导线已穿过并胶合,也有表面贴装的形式,但很少见到卖的)。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,两个元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,用导线穿过可增加元件阻抗(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),还可广泛应用于其他电路,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。

以常用于电源滤波的HH-1H3216-500为例,其型号各字段含义依次为:
HH 是其一个系列,主要用于电源滤波,用于信号线是HB系列;
1 表示一个元件封装了一个磁珠,若为4则是并排封装四个的;
H 表示组成物质,H、C、M为中频应用(50-200MHz),
T低频应用(<50MHz),S高频应用(>200MHz);
3216 封装尺寸,长3.2mm,宽1.6mm,即1206封装;
500 阻抗(一般为100MHz时),50 ohm。
其产品参数主要有三项:
阻抗[Z]@100MHz (ohm) : Typical 50, Minimum 37;
直流电阻DC Resistance (m ohm): Maximum 20;
额定电流Rated Current (mA): 2500.

磁珠有很高的电阻率和磁导率, 他等效于电阻和电感串联, 但电阻值和电感值都随频率变化。 他比普通的电感有更好的高频滤波特性,在高频时呈现阻性,所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗,从而提高调频滤波效果。

磁珠主要用于高频隔离,抑制差模噪声等。

电感和磁珠的联系与区别:
1. 磁珠主要用于高频隔离,抑制差模噪声等。 

2. 电感是储能组件,而磁珠是能量转换(消耗)器件
电感多用于电源滤波回路,磁珠多用于信号回路,用于EMC对策磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰,而电感用于这方面则侧重于抑制传导性干扰。两者都可用于处理EMC、EMI问题。磁珠是用来吸收超高频信号,象一些RF电路,PLL,振荡电路,含超高频存储器电路(DDR SDRAM,RAMBUS等)都需要在电源输入部分加磁珠,而电感是一种蓄能组件,用在LC振荡电路,中低频的滤波电路等,其应用频率范围很少超过错50MHZ。地的连接一般用电感,电源的连接也用电感,而对信号线则采用磁珠。

3. 详细论述:
在电子设备的PCB板电路中会大量使用感性组件和EMI滤波器组件。这些组件包括片式电感和片式磁珠,以下就这两种器述并分析他们的普通应用场合以及特殊应用场合。表面贴装组件的好处在于小的封装尺寸和能够满足实际空间的要求。除力以及其它类似物理特性不同外,通孔接插件和表面贴装器件的其它性能特点基本相同。

1.、片式电感: 在需要使用片式电感的实现以下两个基本功能:电路谐振和扼流电抗。谐振电路包括谐振发生电路,振荡电路,时钟电路,脉冲电路,波形发生电路还包括高Q带通滤波器电路。 要使电路产生谐振,必须有电容和电感同时存在于电路中。在电感的两端存在寄生电容,这是由于电极之间的铁氧体本体相当于电容介质而产生的。在谐振电路中,电感必须具有高Q,窄的电感偏差,稳定的温度系数,才能达到谐振电路窄带,低的频率温度漂移的要求。 高Q电路具有尖锐的谐振峰值。窄的电感偏置保证谐振频率偏差尽量小。稳定的温度系数保证谐振电路稳定的温度变化特性。

电感构造:标准的径向引出电感和轴向引出电感以及片式电感的差异仅仅在于封装不一样。电感结构包括介质材料(一般为氧化铝陶瓷材料)上绕制线圈,或者空心线圈以及铁磁性材料上绕制线圈。 

应用:
在功率应用场合,作为扼流圈使用时,电感的主要关注参数是直流电阻(DCR),额定电流,和低Q值。
当作为滤波器使用时,希望宽带宽特性,因此,并不需要电感的高Q特性。低的DCR可以保证最小的电压降。
DCR定义为组件在没有交流信号下的直流电阻。 

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电路)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,直流成分是需要的有用信号,而射频RF能量却是无用的电磁干扰沿着线路传输和辐射,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。通常高频信号为30Mhz以上,然而,低频信号也会受到片式磁珠的影响。
磁珠构造:片式磁珠由软磁铁氧体材料组成,构成高体积电阻率的独石结构。涡流损耗同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。使用片式磁珠的好处: 小型化和轻量化 在射频噪声频率范围内具有高阻抗,消除传输线中的电磁干扰。 闭合磁路结构,更好的消除信号的串绕。 极好的磁屏蔽结构。 降低直流电阻,以免对有用信号产生过大的衰减。显着的高频特性和阻抗特性(更好的消除RF能量)。在高频放大电路中消除寄生振荡。 有效的工作在几个MHz到几百MHz的频率范围内。

要正确的选择磁珠,必须注意以下几点:
A.不需要的信號的频率范围为多少。 噪声源是谁。 需要多大的噪声衰减。 环境条件是什么(温度,直流电压,结构强度)。 
B.电路和负载阻抗是多少。
C.是否有空间在PCB板上放置磁珠。 
前三条通过观察厂家提供的阻抗频率曲线就可以判断。在阻抗曲线中三条曲线都非常重要。

总阻抗:总阻抗通过Z=R+2πfL来描述。典型的阻抗曲线如下图所示:(很抱歉,未能找到原图)

通过这一曲线,选择在希望衰减噪声的频率范围内具有最大阻抗而在低频和直流下信号衰减尽量小的磁珠型号。 

片式磁珠在过大的直流电压下,阻抗特性会受到影响,另外,如果工作温升过高,或者外部磁场过大,磁珠的阻抗都会受到不利的影响。

使用片式磁珠还是片式电感主要还在于应用。在谐振电路中需要使用片式电感。而需要消除不需要的EMI噪声时,使用片式磁珠是最佳的选择。 

片式磁珠和片式电感的应用场合:

片式电感:射频(RF)和无线通讯,信息技术设备,雷达检波器,汽车电子,蜂窝电话,寻呼机,音频设备,PDA(个人数字助理),无线遥控系统以及低压供电模块等。 

片式磁珠:时钟发生电路,模拟电路和数字电路之间的滤波,I/O输入/输出内部连接器(比如串口,并口,键盘,鼠标,长途电信,本地局域网),射频(RF)电路和易受干扰的逻辑设备之间,供电电路中滤除高频传导干扰,计算机,打印机,录像机(VCRS),电视系统和手提电话中的EMI噪声抑止。

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