磁珠的参数、选型、直流重叠特性

大家好，我是记得诚。

本文以自问自答的形式，科普磁珠的一些基本知识和选型要点。

1.请简单说一下你对磁珠的认识？

磁珠是一种电感型EMI静噪滤波器，实物和电感很像，现在用的最多的是铁氧体磁珠（Ferrite Bead）。

片状铁氧体磁珠

磁珠的单位是欧姆，根据型号的不同，可以抑制几MHz～几GHz的噪声，经常被用在信号线和电源线上（串联使用）。

磁珠和电容、电感滤除噪声有很大不同，电容主要提供一个地阻抗路径（隔直通交），电感是将噪声反射出去（隔交通直），磁珠如何滤除噪声在下面会提及。

2.磁珠和电感的相同点和不同点？

磁珠和电感的在电路中的符号是一样的，却是不一样的器件，磁珠单位是欧姆（Ω），电感单位是亨（H）。

磁珠由氧磁体组成，电感由磁芯和线圈组成，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，所以说电感是储能，而磁珠是能量转换(消耗)器件。

我们都知道EMI有两个途径，辐射和传导，磁珠和电感都可以解决EMC和EMI问题，但是侧重点不同。

磁珠主要解决辐射干扰问题，信号线上多用磁珠，某一些高频电路如RF、振荡电路、DDR SDRAM等都需要在电源输入部分加磁珠。

电感主要解决传导干扰问题，高频电感主要用于中低频滤波电路、RF匹配等，功率电感主要用于DC-DC电路中。

3.磁珠的主要参数有哪些？并做解释

① 阻抗|Z|：业界习惯，磁珠的阻抗由100MHz时的阻抗确定，所以我们经常在磁珠的SPEC里看到100R@100MHz，指的是在100MHz频率下，磁珠的阻抗是100R，阻抗越大，抑制噪声的效果越好，有一些高频磁珠给出的阻抗是在1GHz频率下。

磁珠阻抗Z频率特性曲线
（图片来自于TDK）

有一点需要注意，看上图，在100MHz时，磁珠的阻抗并不是最大的，所以在选型时可以根据噪声频点，选择频点附近阻抗最大的型号。

100MHz在某种意义上只是一个标准，仅仅只是一个标准，个人觉得并没有太大的实际意义，因为磁珠在实际的应用中，随着频率的改变，阻抗会相应的发生变化。

所以说，单点接地用磁珠的情况很少，需要提前评估噪声的频率范围。

② 直流电阻DCR：指直流电流通过磁珠时，磁珠呈现的电阻值，DCR一般越小越好，对有用信号的衰减越小。

③ 额定电流Rated Current：指磁珠正常工作时允许的最大电流。

4.磁珠的直流重叠特性是什么？

我们都知道在电容上加不同的直流电压，电容容量是会变化的。

磁珠也有同样的直流重叠特性，片状铁氧体磁珠是一种使用铁氧体的电感器。因此，当大电流通过时，需要特别注意由于磁饱和所造成的性能改变。

片状铁氧体磁珠的直流重叠特性示例
（图片来自于村田）

从上图可以看出，通过磁珠的电流增大时，其阻抗会下降，阻抗下降就意味着抑制噪声的性能会变差，电流减小时，阻抗又会变大，性能会复原。

所以在选型时，我们要考虑好额定电流和阻抗这两个参数。

5.如何理解磁珠的等效模型

磁珠的等效模型可以简化为一个电感和一个电阻串联，当然还会有DCR和寄生电容参数，在这里不作说明。

磁珠的简化等效电路

电感和电阻都是频率的函数，所以磁珠的阻抗为Z=R+JWL，下图所示，箭头处对应的频率称之为交叉频率，有的叫转折频率。

磁珠的|Z|、R、X阻抗曲线示意

小于交叉频率，Z和XL几乎是重合的，此时的磁珠呈感性，小电感，此时反射噪声；大于交叉频率时，Z和R曲线几乎是重合的，此时磁珠呈电阻特性，大电阻，起吸收噪声并转变为热能的作用。

交叉频率越大，磁珠呈现感性的频段越宽，对低频的吸收能力越弱，对高频的吸收能力越强。交叉频率越小，磁珠呈现感性的频段越窄，对低频的吸收能力越强，对高频的吸收能力越弱。

6.磁珠选型注意事项

1. 分析有用信号和噪声的频率：噪声的频段要大于交叉频率，便于磁珠吸收噪声而不是反射噪声；信号的频率小于交叉频率，防止信号被衰减。
2. 考虑DCR的大小：直流电路中，防止DCR过大，导致信号衰减，比如5V 500mA的电源，经过一个DCR=1R的磁珠时，电压会衰减500mA*1R=0.5V。
   一般情况下，交流阻抗越大，滤除噪声好，但是DCR也会大，对有用信号有衰减，所以这是一个权衡的过程。
3. 考虑额定电流的大小：不要为了省成本，而一味选择低额定电流的磁珠，考虑到直流重叠特性，随着电流的变大，阻抗下降，吸收噪声性能也会下降。
   举个例子，某电路大部分时间工作电流为300mA以下，最高会到400mA，但是很少，此时可以选择额定电流为400mA的磁珠。

今天的文章内容到这里就结束了，希望对你有帮助，我们下一期见。