鐵氧體磁珠、磁環(huán)和磁夾在電磁兼容整改中的用途

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第2452期
今天參照學(xué)習(xí)資料為大家分析下電磁兼容整改中經(jīng)常用到的磁珠、磁環(huán)的用途和原理。
在電磁兼容整改應(yīng)用中有兩種特殊的電感類型：鐵氧體磁珠和鐵氧體磁環(huán)、磁夾：


鐵氧體磁珠是單環(huán)電感，它是將單股導(dǎo)線穿過鐵氧體型材而形成單環(huán)。這種器件在高頻范圍的衰減為10dB，而在直流時衰減量很小。類似鐵氧體磁珠，在高達(dá)GHz的頻率范圍內(nèi)的共模（CM）和差模（DM）的衰減可達(dá)到10-20dB。

鐵氧體材料是鐵鎂合金或者鐵鎳合金，是一種立方晶格結(jié)構(gòu)的亞鐵磁性材料。這種材料具有很高的磁導(dǎo)率，可以使電感的線圈繞組之間在高頻高阻的情況下產(chǎn)生的電容最小。它的制造工藝和機械性能與陶瓷相似，顏色為灰黑色。對于抑制電磁干擾用的鐵氧體，最重要的性能參數(shù)為磁導(dǎo)率和飽和磁通密度。磁導(dǎo)率可以表示為復(fù)數(shù)，實數(shù)部分構(gòu)成電感，虛數(shù)部分代表損耗，隨著頻率的增加而增加。因此，磁珠的等效電路為由電感L和電阻R組成的串聯(lián)電路，其中X和R都是頻率的函數(shù)，如下圖所示：


鐵氧體材料通常在高頻情況下應(yīng)用，因為在低頻時鐵氧體主要呈電感特性，線上的損耗很��；在高頻情況下，鐵氧體主要呈電阻特性，對高頻干擾衰減很有作用，其電感和電阻均隨頻率的改變而改變。因此在實際應(yīng)用中，鐵氧體材料可以作為射頻電路的高頻衰減器使用。

鐵氧體磁珠和普通的電感相比具有更好的高頻濾波特性。鐵氧體在高頻時呈現(xiàn)電阻性，相當(dāng)于品質(zhì)因數(shù)很低的電感器，所以它能夠在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)保持較高的阻抗，從而提高濾波性能。

在低頻段，阻抗由電感的感抗構(gòu)成，低頻時R很小，磁芯的磁導(dǎo)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；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，有時也可能出現(xiàn)使用鐵氧體磁珠后干擾反而增加的現(xiàn)象。

在高頻段，阻抗由電阻部分組成，隨著頻率的升高，磁芯的磁導(dǎo)率降低，導(dǎo)致電感的電感量減小，感抗成分減小。但是，這個時候磁芯的損耗增加，電阻成分增加，導(dǎo)致總的阻抗增加，當(dāng)高頻信號通過鐵氧體時，電磁干擾能被吸收并轉(zhuǎn)換成熱能的形式耗散掉。


鐵氧體抑制元器件廣泛用于印制板電路、電源線和數(shù)據(jù)線上。例如，在印制板的電源線入口端加上鐵氧體抑制元器件，就可以濾除高頻干擾。鐵氧體磁環(huán)或者磁珠專用于抑制信號線、電源線上的高頻干擾和尖峰干擾，其他它另外還具有吸收靜電放電和脈沖干擾的能力。

不同的鐵氧體抑制元器件，有不同的最佳抑制頻率范圍。通常磁導(dǎo)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。在體積一定的情況下，長而細(xì)的形狀一般比短而粗的抑制效果要好，內(nèi)徑越小抑制效果越好。但在有直流或者交流偏流的情況下，還存在鐵氧體飽和的問題，抑制元器件橫截面越大，越不易飽和，可承受的偏流也越大。

鐵氧體材料安裝的位置一般安裝在靠近騷擾源的地方。對于輸入/輸出電路，則應(yīng)盡量靠近屏蔽殼的進(jìn)、出口處。安裝時候還需注意，鐵氧體元器件易破碎開裂，應(yīng)采取可靠的固定措施。

使用貼片式磁珠還是貼片式電感主要取決于實際的應(yīng)用場合，一般在諧振電路中需要使用貼片式電感，而需要消除不需要的EMI噪聲時候，使用貼片式磁珠是最佳的選擇。

另外，選擇磁珠時需要注意磁珠的通流量，使用時不能超過器件數(shù)據(jù)手冊給出的額定電流，一般需要降額80%來處理，用于電源電路時要考慮直流阻抗對壓降的影響。

最后，不管磁珠還是磁環(huán)，不管貼片式還是夾扣式，善于運用它們才是問題之所在。“所謂授之以魚，不如授之以漁”。靈活巧妙的運用微不足道的小小磁珠磁環(huán)，往往能帶來頻譜圖上質(zhì)的改觀。使用不等于能用，能用不等于會用，只有在長期的經(jīng)驗積累摸索之中，才能體會小小的鐵氧體帶來的其中奧妙。








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