分不清磁珠和电感的作用,不知如何区别,这篇写的很详细!

日期: 2024-04-16 18:03:31|浏览: 75|编号: 50050

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分不清磁珠和电感的作用,不知如何区别,这篇写的很详细!

磁珠原理

磁珠的主要原材料是铁氧体。 铁氧体是一种具有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种磁芯是铁氧体材料。 许多制造商提供专门用于抑制电磁干扰的铁氧体材料。 这种材料的特点是高频损耗非常大,磁导率很高。 它可以最大限度地减少高频和高电阻时电感器的线圈绕组之间产生的电容。 对于用于抑制电磁干扰的铁氧体来说,最重要的性能参数是导磁率μ和饱和磁通密度Bs。 磁导率μ可以表示为复数,实部构成电感,虚部代表损耗,随着频率的增加而增加。 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都是频率的函数。 当导线穿过这种铁氧体磁芯时,所形成的感抗在形式上随着频率的升高而增大,但其机理在不同的频率下却完全不同。

在低频段,阻抗由电感器的感抗组成。 低频时,R很小,磁芯的导磁率很高,因此电感量很大。 L起着重要作用。 电磁干扰被反射和抑制,此时磁芯损耗很小,整个器件是一个低损耗、高Q特性的电感器。 这种电感很容易引起谐振。 因此,在低频段,使用铁氧体磁珠后,干扰有时可能会增强。 在高频段,阻抗由电阻成分组成。 随着频率的升高,磁芯的导磁率降低,导致电感器的电感量减小,感抗分量减小。 然而,此时磁芯的损耗增大,电阻成分增大。 ,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而散发掉。

铁氧体抑制元件广泛应用于印刷电路板、电源线和数据线。 如果在印刷电路板电源线的入口端添加铁氧体抑制元件,则可以滤除高频干扰。 铁氧体磁环或磁珠专门用于抑制信号线、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。

两个分量的数值与磁珠的长度成正比,磁珠的长度对抑制效果有显着影响。 磁珠的长度越长,抑制效果越好。

磁珠的选择

1、磁珠的单位是欧姆,不是亨特,请特别注意。 因为磁珠的单位名义上是基于它在一定频率下产生的阻抗,所以阻抗的单位也是欧姆。 磁珠一般都会提供频率和阻抗特性曲线,一般认为是标准的,比如1000R@,表示磁珠在该频率下的阻抗相当于600欧姆。 2、普通滤波器是由无损无功元件组成。 它们在线路中的作用是将阻带频率反射回信号源,因此这类滤波器也称为反射滤波器。 当反射滤波器的阻抗与信号源不匹配时,部分能量会反射回信号源,导致干扰电平增大。 为了解决这个问题,可以在滤波器的进线上使用铁氧体磁环或磁珠套。 可以利用铁氧体环或磁珠对高频信号的涡流损耗,将高频分量转化为热损耗。 因此,磁环和磁珠实际上是吸收高频成分,因此有时也被称为吸收滤波器。 不同的铁氧体抑制元件具有不同的最佳抑制频率范围。 一般来说,磁导率越高,抑制的频率越低。 另外,铁氧体的体积越大,抑制效果越好。 当体积一定时,长而细的形状比短而粗的形状具有更好的抑制效果。 内径越小,抑制效果越好。 然而,在直流或交流偏置电流的情况下,仍然存在铁氧体饱和的问题。 抑制元件的截面越大,越不易饱和,能承受的偏置电流也越大。 EMI吸收磁环/磁珠抑制差模干扰时,通过它的电流值与其体积成正比。 两者不平衡导致饱和,降低元件性能; 抑制共模干扰时,连接电源的两根线(正、负)。 同时,通过磁环时,有效信号为差模信号。 EMI吸收磁环/磁珠对其没有影响,但共模信号会表现出较大的电感。 另一种更好的使用磁环的方法是将穿过磁环的导线缠绕数次,以增加电感。 根据其抑制电磁干扰的原理,可以合理利用其抑制效果。 铁氧体抑制元件应安装在靠近干扰源的位置。 对于输入/输出电路,应尽可能靠近屏蔽罩的入口和出口。 对于铁氧体磁环和磁珠组成的吸收滤波器,除了选择导磁率高的有损材料外,还应注意其应用场合。 它们对线路中高频成分呈现的电阻约为十到数百Ω,因此它在高阻抗电路中的作用并不明显。 相反,在低阻抗电路(例如配电、电源或射频电路)中使用会非常有效。

磁珠和电感的区别

电感器是储能元件,而磁珠是能量转换(消耗)装置。 电感多用于电源滤波电路,重点抑制传导干扰; 磁珠多用于信号电路,主要是为了EMI。 磁珠用于吸收超高频信号。 一些射频电路、锁相环、振荡电路、超高频存储电路(DDR、SDRAM等)需要在电源输入部分添加磁珠,而电感是储能的一种。 元件用于LC振荡电路、中低频滤波电路等,其应用频率范围很少超过50MHz。

1、贴片电感:电子设备的PCB电路中大量使用电感元件和EMI滤波器元件。 这些元件包括片式电感器和片式磁珠。 下面介绍这两种设备的特点并分析它们的常见应用和特殊应用。 表面贴装元件的优点是封装尺寸小并且能够适应物理空间要求。 通孔连接器和表面贴装器件除了阻抗值、载流能力等相似的物理特性不同外,其他性能特性基本相同。 在需要使用贴片电感的场合,要求电感实现以下两个基本功能:电路谐振和扼流电抗。

谐振电路包括谐振发生电路、振荡电路、时钟电路、脉冲电路、波形发生电路等。谐振电路还包括高Q值带通滤波器电路。 为了使电路谐振,电路中必须同时存在电容和电感。 电感两端存在寄生电容,这是由于器件两个电极之间的铁氧体体充当电容介质而引起的。 在谐振电路中,电感必须具有高Q值、窄电感偏差和稳定的温度系数,以满足谐振电路窄带和低频温漂的要求。

高 Q 值电路具有尖锐的谐振峰值。 窄电感器偏置确保谐振频率偏差尽可能小。 稳定的温度系数保证了谐振频率具有稳定的温度变化特性。 标准径向引线电感器、轴向引线电感器和片式电感器之间的唯一区别在于封装。 电感结构包括缠绕在介质材料(通常是氧化铝陶瓷材料)上的线圈,或者空心线圈,或者缠绕在铁磁材料上的线圈。 在电力应用中,当用作扼流圈时,电感的主要参数是直流电阻(DCR)、额定电流和低Q值。 当用作滤波器时,需要宽带宽特性,因此不需要电感器的高Q特性。 低DCR可以确保最小的电压降。 DCR定义为在没有交流信号的情况下元件的直流电阻。

2、贴片磁珠:贴片磁珠的作用主要是消除传输线结构(PCB电路)中存在的射频噪声。 射频能量是叠加在直流传输电平上的交流正弦波分量。 有用信号需要直流分量,而射频能量则沿线路传输并以无用的电磁干扰 (EMI) 形式辐射。 为了消除这种不需要的信号能量,使用片式磁珠充当高频电阻器(衰减器),它允许直流信号通过,同时过滤交流信号。 通常高频信号在30MHz以上。 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,形成具有高体积电阻率的整体结构。 涡流损耗与铁氧体材料的电阻率成反比。 涡流损耗与信号频率的平方成正比。

磁珠参数

标称值: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,因此阻抗的单位也是欧姆,一般视为标准。 例如,表示磁珠的阻抗为600欧姆。 额定电流:额定电流是指能保证电路正常工作的电流。

磁珠和电感在解决EMI和EMC方面起什么作用? 首先我们来看看磁珠和电感的区别。 电感器是闭环的属性,多用于电源滤波电路,而磁珠则主要用于信号电路。 ,用于EMC对策的磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰,而电感器在这方面则侧重于抑制传导干扰。 磁珠用于吸收超高频信号。 一些射频电路、PLL、振荡电路、超高频存储电路(DDR SDRAM等)需要在电源输入部分添加磁珠。 两者都可以用来应对EMC。 ,EMI问题。

磁珠和电感在解决EMI和EMC方面起什么作用? 首先我们来看看磁珠和电感的区别。 电感器是闭环的属性,多用于电源滤波电路,而磁珠则主要用于信号电路。 ,用于EMC对策的磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰,而电感器在这方面则侧重于抑制传导干扰。 磁珠用于吸收超高频信号。 一些射频电路、PLL、振荡电路、超高频存储电路(DDR SDRAM等)需要在电源输入部分添加磁珠。 两者都可以用来应对EMC。 ,EMI问题。

EMI、EMC电路中磁珠和电感的关键是抑制高频传导干扰信号,同时也抑制电感。 但从原理上讲,磁珠可以等效为电感器,这意味着还是有一定的区别。 最大的区别是电感线圈具有分布电容。 因此,电感线圈相当于一个与分布电容并联的电感。 如图1所示。图1中,LX为电感线圈的等效电感(理想电感),RX为线圈的等效电阻,CX​​为电感的分布电容。

图1 电感线圈等效电路图

理论上,抑制传导干扰信号,抑制电感的电感量越大越好。 但对于电感线圈来说,电感越大,电感线圈的分布电容也越大,两者的影响会相互抵消。

图2 普通电感线圈的阻抗与频率的关系

图2是普通电感线圈的阻抗与频率的关系图。 从图中可以看出,一开始电感线圈的阻抗随着频率的增加而增加,但当其阻抗增加到最大值时,阻抗随着频率的增加而迅速减小,这是由于并联的影响。分布电容。 当阻抗增大到最大值时,正是电感线圈的分布电容与等效电感产生并联谐振的地方。 图中L1>L2>L3,可以看出,电感线圈的电感越大,其谐振频率越低。 从图2可以看出,如果要抑制频率为1MHZ的干扰信号,选择L3比选择L1更好,因为L3的电感比L1小十几倍,所以L3的成本为也比L1低很多。

如果我们想进一步提高抑制频率,那么我们最终选择的电感线圈就必须是它的最小极限值,即1匝或更小。 磁珠,即穿心电感,是小于1匝的电感线圈。 然而,穿心电感的分布电容比单匝电感线圈的分布电容小几倍到几十倍。 因此,穿心电感器的工作频率高于单匝电感器线圈。

穿心电感的电感量一般都比较小,从几微亨到几十微亨不等。 电感量与穿心电感中导线的尺寸和长度以及磁珠的截面积有关,但与磁珠的电感量关系最大的是相对磁导率Uy磁珠。 图3和图4分别是引导线和穿心电感的示意图。 计算穿心电感时,必须先计算圆的横截面。 将计算结果乘以磁珠的相对磁导率即可计算出直导线的电感,从而确定穿心电感的电感。

图3 圆形截面直导线的电感图

图4 磁珠穿芯电感图

另外,当穿心电感的工作频率很高时,磁珠中会产生涡流,相当于穿心电感的磁导率降低。 这时我们一般采用有效磁导率。 有效磁导率是磁珠在一定工作频率下的相对磁导率。 但由于磁珠的工作频率仅在一个范围内,因此在实际应用中常常采用平均磁导率。

在低频时,一般磁珠的相对磁导率很大(大于100),但在高频时,其有效磁导率仅为相对磁导率的几分之一,甚至十分之几。 因此,磁珠也存在截止频率的问题。 所谓截止频率就是磁珠的有效磁导率下降到接近1时的工作频率fc。此时磁珠已经失去了电感器的作用。 一般磁珠的截止频率fc在30~之间。 截止频率与磁珠的材质有关。 一般来说,磁芯材料的磁导率越高,由于低频磁芯材料的涡流损耗,截止频率fc越低。 大。 用户在设计电路时,可以要求磁芯材料提供商提供磁芯工作频率和有效磁导率的测试数据,或者不同工作频率下的穿心电感的曲线图。 图5是穿心电感的频率曲线图。

图5 穿心电感频率曲线图

磁珠的另一个用途是电磁屏蔽。 它的电磁屏蔽效果比屏蔽线要好,这是大多数人不太重视的。 使用方法是让一对导线穿过磁珠中间。 那么当电流流过两根导线时,产生的磁场大部分会集中在磁珠内部,磁场不再向外辐射; 由于磁珠内有磁场,磁珠内会产生涡流。 涡流产生的电力线方向与导体表面电力线方向正好相反。 他们可以互相取消。 因此,磁珠对电场也有屏蔽作用。 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需要接地,可以避免屏蔽线需要接地的麻烦。 使用磁珠作为电磁屏蔽,对于两线制导线来说,相当于在线路上连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。

从上面我们可以了解到,磁珠和电感都可以在EMC和EMI电路中起到抑制作用。 主要区别在于抑制方面。 高频谐振后,电感就不能再起到电感的作用了。 首先必须了解EMI有两种途径,即辐射和传导。 不同的途径使用不同的抑制方法。 前者使用磁珠,后者使用电感器。 我们还需要注意的是共模抑制电感和Y电容的连接位置。 那么什么是共模抑制电感呢? 它是串联在地线或其他输入输出线之间的电感。 这种电感器称为共模抑制电感器。 模抑制电感的一端连接机内地线(公共端),另一端连接Y电容,Y电容的另一端接地。 这是抑制传导干扰最有效的方法。

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