铁氧体磁珠、磁环和磁夹在电磁兼容整改中的用途

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第2452期
今天参照学习资料为大家分析下电磁兼容整改中经常用到的磁珠、磁环的用途和原理。
在电磁兼容整改应用中有两种特殊的电感类型：铁氧体磁珠和铁氧体磁环、磁夹：


铁氧体磁珠是单环电感，它是将单股导线穿过铁氧体型材而形成单环。这种器件在高频范围的衰减为10dB，而在直流时衰减量很小。类似铁氧体磁珠，在高达GHz的频率范围内的共模（CM）和差模（DM）的衰减可达到10-20dB。

铁氧体材料是铁镁合金或者铁镍合金，是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料。这种材料具有很高的磁导率，可以使电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容最小。它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似，颜色为灰黑色。对于抑制电磁干扰用的铁氧体，最重要的性能参数为磁导率和饱和磁通密度。磁导率可以表示为复数，实数部分构成电感，虚数部分代表损耗，随着频率的增加而增加。因此，磁珠的等效电路为由电感L和电阻R组成的串联电路，其中X和R都是频率的函数，如下图所示：


铁氧体材料通常在高频情况下应用，因为在低频时铁氧体主要呈电感特性，线上的损耗很小；在高频情况下，铁氧体主要呈电阻特性，对高频干扰衰减很有作用，其电感和电阻均随频率的改变而改变。因此在实际应用中，铁氧体材料可以作为射频电路的高频衰减器使用。

铁氧体磁珠和普通的电感相比具有更好的高频滤波特性。铁氧体在高频时呈现电阻性，相当于品质因数很低的电感器，所以它能够在相当宽的范围内保持较高的阻抗，从而提高滤波性能。

在低频段，阻抗由电感的感抗构成，低频时R很小，磁芯的磁导率较高，因此电感量较大，L起主要作用，电磁干扰被反射而受到抑制；且这时磁芯的损耗较小，整个器件是一个低损耗、高Q特性的电感。这种电感容易造成谐振。因此在低频段，有时也可能出现使用铁氧体磁珠后干扰反而增加的现象。

在高频段，阻抗由电阻部分组成，随着频率的升高，磁芯的磁导率降低，导致电感的电感量减小，感抗成分减小。但是，这个时候磁芯的损耗增加，电阻成分增加，导致总的阻抗增加，当高频信号通过铁氧体时，电磁干扰能被吸收并转换成热能的形式耗散掉。


铁氧体抑制元器件广泛用于印制板电路、电源线和数据线上。例如，在印制板的电源线入口端加上铁氧体抑制元器件，就可以滤除高频干扰。铁氧体磁环或者磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频干扰和尖峰干扰，其他它另外还具有吸收静电放电和脉冲干扰的能力。

不同的铁氧体抑制元器件，有不同的最佳抑制频率范围。通常磁导率越高，抑制的频率就越低。此外，铁氧体的体积越大，抑制效果越好。在体积一定的情况下，长而细的形状一般比短而粗的抑制效果要好，内径越小抑制效果越好。但在有直流或者交流偏流的情况下，还存在铁氧体饱和的问题，抑制元器件横截面越大，越不易饱和，可承受的偏流也越大。

铁氧体材料安装的位置一般安装在靠近骚扰源的地方。对于输入/输出电路，则应尽量靠近屏蔽壳的进、出口处。安装时候还需注意，铁氧体元器件易破碎开裂，应采取可靠的固定措施。

使用贴片式磁珠还是贴片式电感主要取决于实际的应用场合，一般在谐振电路中需要使用贴片式电感，而需要消除不需要的EMI噪声时候，使用贴片式磁珠是最佳的选择。

另外，选择磁珠时需要注意磁珠的通流量，使用时不能超过器件数据手册给出的额定电流，一般需要降额80%来处理，用于电源电路时要考虑直流阻抗对压降的影响。

最后，不管磁珠还是磁环，不管贴片式还是夹扣式，善于运用它们才是问题之所在。“所谓授之以鱼，不如授之以渔”。灵活巧妙的运用微不足道的小小磁珠磁环，往往能带来频谱图上质的改观。使用不等于能用，能用不等于会用，只有在长期的经验积累摸索之中，才能体会小小的铁氧体带来的其中奥妙。








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