磁珠的工作原理和应用介绍

一、磁珠

1.1磁珠的概念

磁珠属于电磁干扰噪声元件，也属于噪声滤波器。他们的学名是片状铁氧体磁珠。它们的作用相当于电路中串联的电阻和电感。它们的电阻和电感随电路的频率而变化。当高频通过时，它们表现出电阻，从而起到滤波高频滤波器的作用。磁珠的主要原料是铁素体，主要成分是铁镁合金或铁镍合金，外观呈灰黑色。

电路中的高频信号在经过铁氧体时消耗了大量的高频信号。正是由于铁氧体的高频特性，磁珠在电路中起到了抗高频和低频的作用。

1.2磁珠命名规则

下图显示了模型中磁珠的命名规则BLM18AG331SN1D举个例子

1.3磁珠工作原理

磁珠的主要原料是铁氧体。铁氧体是具有立方晶格结构的立方铁磁性材料。铁素体材料为铁镁合金或铁镍合金。其制造工艺和力学性能与陶瓷相似。颜色是灰黑色的。电磁干扰滤波器中经常使用的一种磁芯是铁氧体材料，许多制造商专门为抑制电磁干扰提供铁氧体材料。这种材料的特点是高频损耗和高磁导率，使电感线圈绕组之间高频高电阻产生的电容最小化。铁氧体材料通常用于高频场合，因为它们在低频下表现出主要的感应特性，从而产生低损耗。在高频下，它们主要表现为电抗特性，并随频率变化。在实际应用中，铁氧体材料被用作射频电路的高频衰减器。实际上，铁氧体可以更好地等效为电阻和电感的并联。低频电阻被电感器短路，高频时电感器的阻抗变得很高，电流通过电阻器。铁氧体是一种将高频能量转换为热能的消耗设备，热能由其电阻特性决定。

对于抑制电磁干扰的铁氧体，最重要的性能参数是磁导率和饱和磁通密度。磁导率可用复数表示，实部为电感，虚部为损耗，损耗随频率的增加而增大。因此，它的等效电路是由一个电感L和一个电阻R组成的串联电路。如图1所示，电感L和电阻器R都是频率的函数。当导线穿过这种铁氧体磁芯时，电感器的阻抗随着频率的增加而增加，但在不同的频率下，其阻抗机制是完全不同的。

在高频段，阻抗主要由电阻分量组成。随着频率的增加，磁芯的磁导率降低，导致电感器的电感减小，电感分量减小，但此时磁芯的损耗增大。电阻分量的增加使总阻抗增大，当高频信号通过铁氧体时，电磁干扰被吸收并转化为热能。在低频段，阻抗主要由电感的感应电抗组成。当低频较小时，磁芯的磁导率较高，所以电感大，电感L起主要作用，电磁干扰被反射和抑制，而当磁芯损耗很小时，整个装置就是一个低损耗、高品质因数的Q型电感，铁氧体磁珠使用后，在低频段会出现干扰增强现象。

磁珠有多种类型，制造商将提供技术指标说明，特别是磁珠阻抗与频率的关系。有些磁珠有多个孔，导线的通过可以增加元件的阻抗（磁珠通过次数的平方），但是高频下的噪声抑制能力可能不如预期的那么大，可以使用多个串联连接。磁珠法。

值得注意的是，高频噪声的能量通过铁氧体磁矩和晶格的耦合转化为热能，而不是像旁路电容器那样将噪声引入地面或阻止其返回。因此，当铁氧体磁珠安装在电路中时，不必设置接地点。这是铁氧体磁珠的突出优点。

下图显示了片状铁氧体磁珠的阻抗频率特性示例。其基本原理是：随着频率的升高，阻抗随电感的增加而成比例地增加，因此，通过将这些磁珠串联在电路中，它们起到了低通滤波器的作用。对于传统电感器，阻抗（Z）值的主要特征是电抗分量（X）。

另一方面，由于片状铁氧体磁珠使用在高频下具有高损耗的铁氧体材料，因此在高频范围内的主要特性是电阻分量（R）。电抗分量不伴有损耗，而电阻分量有损耗。这意味着片状铁氧体磁珠比传统电感具有更好的噪声能量吸收能力。

片式铁氧体磁珠通常通过100MHz频率下的阻抗值进行标准化。但是，可以使用具有相同阻抗值的各种产品。这是为了能够选择阻抗曲线的锐度。

下图显示了曲线更改的示例。BLM18AG601SN1和BLM18BD601SN1都是片式铁氧体磁珠，在100 MHz时阻抗为600Ω，但BLM18BD601SN1的阻抗曲线更为尖锐，而BLM18AG601SN1的阻抗上升更为缓慢。

对于阻抗曲线缓慢上升的类型，阻抗在较低的频率水平开始增加，因此可以在从非常低频到高频的宽频带上抑制噪声。然而，如果信号频率相对较高，则频率也可能衰减。

相反，对于阻抗曲线急剧上升的类型，阻抗仅在高频范围内增加，因此即使使用具有相对较高频率的信号，也可以在不影响信号的情况下抑制噪声。因此，在选择片状铁氧体磁珠时，重要的是要考虑抑制噪声的信号频率。

1.4磁珠结构

当导线中的电流通过时，铁氧体对低频电流的电阻很小，高频电流衰减较大。高频电流以热的形式辐射出去，等效电路是一个串联的电感和一个电阻，这两个分量的值与磁珠的长度成正比。磁珠的种类很多，制造商应该提供技术规格，特别是磁珠的阻抗和频率之间的关系。有些磁珠有多个孔，导线的通过可以增加元件的阻抗（通过磁珠的次数的平方），但是在高频下增加的噪声抑制能力并不像预期的那样，但是多个串联的几个磁珠会更好地工作。

铁氧体是一种磁性材料，由于过多的电流通过，磁导率急剧下降。大电流滤波应采用专门为结构设计的磁珠，并注意散热措施。铁氧体磁珠不仅可以用来过滤功率电路中的高频噪声（用于直流和交流输出），而且还可以用于其他电路，而且其尺寸可以缩小。特别是在数字电路中，由于脉冲信号含有高频高次谐波，它也是电路高频辐射的主要来源，因此在这种情况下可以起到磁珠的作用。铁氧体磁珠也广泛用于信号电缆的噪声滤波。

下图显示了片状铁素体磁珠的典型结构。在原铁氧体片之间形成线圈图形，通过集成和点火过程形成三维线圈结构。

1.5磁珠主要特性参数

直流电阻：当直流电流通过磁珠时，磁珠显示的电阻值。

额定电流额定电流（mA）：表示胎圈正常工作时的最大允许电流。

阻抗[Z]@100MHz（ohm）：指交流阻抗。

阻抗频率特性：描述阻抗值随频率变化的曲线。

电阻频率特性：将电阻值描述为频率函数的曲线

感应电抗频率特性：描述感应电抗随频率变化的曲线。

二、磁珠和电感器

2.1磁珠与电感器的区别

电感器是储能元件，磁珠是能量转换（消耗）器件。电感主要用于电源滤波回路，主要用于抑制传导干扰；磁珠主要用于信号回路，主要用于电磁干扰。磁珠用于吸收超高频信号，如一些射频电路、锁相环、振荡器电路、超高频存储电路（DDR、SDRAM、RAMBUS等），需要在电源的输入部分加入磁珠，电感是一种存储器。能量元件用于LC振荡电路、低频滤波电路等，其应用频率范围很少超过50mhz。

1.片式电感：电感元件和EMI滤波元件广泛应用于电子设备的PCB电路中。这些元件包括芯片感应器和芯片珠。下面描述这两种器件的特性，并分析它们的一般应用和特殊应用。表面贴装组件的优点是封装尺寸小，能够满足实际空间要求。除了阻抗值、载流能力和其他类似的物理特性外，通孔连接器和表面贴装器件的其他性能特性基本相同。在需要片式电感器的地方，电感器需要实现两个基本功能：电路谐振和扼流电抗。谐振电路包括谐振产生电路、振荡电路、时钟电路、脉冲电路、波形产生电路等。谐振电路还包括高Q带通滤波电路。为了使电路产生共振，电路中必须同时存在电容和电感。由于器件两电极之间的铁氧体等效于电容介质，因此在电感两端都存在寄生电容。在谐振电路中，电感必须具有高Q、窄电感偏差、稳定的温度系数，才能实现谐振电路的窄带、低频温漂的要求。高Q值电路具有尖锐的谐振峰。窄的电感偏置保证了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。标准径向引出电感与轴向引出电感和片式电感的区别只是封装不同。感应结构包括缠绕在电介质材料（通常是氧化铝陶瓷材料）上的线圈，或空心线圈和缠绕在铁磁性材料上的线圈。在电力应用中，当用作扼流圈时，电感器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，需要具有宽带宽特性，因此不需要电感器的高Q特性。低DCR保证最小的电压降，DCR定义为没有交流信号的元件的直流电阻。

2.片式磁珠：片式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，需要直流分量。有用的信号，而射频能量是沿线路传输和辐射（EMI）的不必要的电磁干扰。为了消除这些不必要的信号能量，使用芯片珠作为高频电阻器（衰减器），允许直流信号通过并过滤掉交流信号。通常，高频信号高于30 MHz，但低频信号也受芯片磁珠的影响。芯片磁珠由软铁氧体材料组成，构成具有高体积电阻率的单片结构。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。使用芯片珠的好处：小型化和轻量化。射频噪声频率范围内的高阻抗消除了传输线中的电磁干扰。闭合磁路结构，以更好地消除信号的串扰。优良的磁屏蔽结构。降低直流电阻，以避免所需信号过度衰减。显著的高频和阻抗特性（更好地消除射频能量）。高频放大电路消除了寄生振荡。有效工作范围从几兆赫到几百兆赫。要正确选择胎圈，必须注意以下事项：不需要的信号的频率范围是多少？谁是噪音源？需要多少噪声衰减。环境条件是什么（温度、直流电压、结构强度）。什么是电路和负载阻抗？PCB上是否有放置磁珠的空间？前三种可通过观察制造商提供的阻抗-频率曲线来判断。阻抗曲线中的所有三条曲线都非常重要，即电阻、电感电抗和总阻抗。总阻抗用ZR22πfL（）2+：=fL表示。典型的阻抗曲线可在磁珠的数据表中找到。从该曲线中，选择在需要衰减的频率范围内具有最大阻抗且在低频和直流条件下信号衰减尽可能小的磁珠类型。过大的直流电压会影响芯片磁珠的阻抗。此外，如果工作温度升高过高或外部磁场过大，则磁珠的阻抗将受到不利影响。使用芯片磁珠和芯片电感的原因：是否使用芯片磁珠或芯片电感主要是在应用中。谐振电路中需要一个片式电感。在消除不必要的EMI噪声时，使用芯片磁珠是最佳选择。芯片磁珠和芯片感应器的应用：芯片感应器：射频（RF）和无线通信、信息技术设备、雷达探测器、汽车电子、手机、寻呼机、音频设备、PDA（个人数字助理）、无线遥控系统和低压电源模块。芯片磁珠：时钟产生电路、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（如串口、并口、键盘、鼠标、远程通信、局域网）、射频（RF）电源电路中的高频传导干扰与计算机、打印机、录像机（VCR）、电视系统和移动电话以及易受干扰逻辑设备中的EMI噪声抑制之间的电路。

2.2片式磁珠和片式感应器

2.2.1片式电感器

电感元件和EMI滤波元件广泛应用于电子器件的PCB电路中，包括片式电感和片式磁珠。在需要片式电感器的地方，电感器需要实现两个基本功能：电路谐振和扼流电抗。谐振电路包括谐振产生电路、振荡电路、时钟电路、脉冲电路、波形产生电路等。谐振电路还包括高Q带通滤波电路。为了使电路产生共振，电路中必须同时存在电容和电感。由于器件两电极之间的铁氧体等效于电容介质，因此在电感两端都存在寄生电容。在谐振电路中，电感必须具有较高的品质因数Q、较窄的电感偏差和稳定的温度系数，才能实现谐振电路的窄带和低频温漂要求。

高Q值电路具有尖锐的谐振峰。窄的电感偏置保证了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。标准径向引出电感与轴向引出电感和片式电感的区别只是封装不同。感应结构包括缠绕在电介质材料（通常是氧化铝陶瓷材料）上的线圈，或空心线圈和缠绕在铁磁性材料上的线圈。在电力应用中，当用作扼流圈时，电感器的主要参数是直流电阻（DCR，定义为没有交流信号的元件的直流电阻）、额定电流和低Q。当用作滤波器时，需要一个宽带宽特性，因此不需要电感器的高Q特性，低直流电阻（DCR）可以确保最小的电压降。

2.2.2片式磁珠

片式磁珠是目前应用和发展迅速的一种抗干扰元件。该方法成本低，使用方便，滤波高频噪声效果显著。片式磁珠由软磁铁氧体材料组成，片式铁氧体磁珠的结构和等效电路如图2所示，本质上是一个由铁氧体构成的叠层片式电感。一种由磁性材料和导体线圈组成的层状整体结构。由于它是在高温下烧结的，所以它具有致密性好、可靠性高的优点。两端电极由3层银/镍/焊料组成，以满足回流焊和波峰焊的要求。在图2所示的等效电路中，R表示由铁氧体材料损耗（主要是磁损耗）和导体线圈的EU损耗引起的等效电阻，C是导体线圈的寄生电容。

芯片珠的作用是消除传输线结构（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。直流分量是所需的有用信号和射频能量。它是沿线路传输和辐射（EMI）无用的电磁干扰。为了消除这些不必要的信号能量，使用芯片珠作为高频电阻（衰减器），允许直流信号通过并过滤掉交流信号。通常高频信号在30MHz以上，但低频信号也会受到芯片珠的影响。

芯片珠不仅具有小型化、重量轻的优点，而且在射频噪声频率范围内具有高阻抗特性，可以消除传输线中的电磁干扰。芯片珠降低了直流电阻，以避免所需信号的过度衰减。芯片珠还具有显著的高频和阻抗特性，以更好地消除射频能量。高频放大电路还可以消除寄生振荡。有效工作范围从几兆赫到几百兆赫。

过大的直流电压会影响芯片的阻抗。此外，如果工作温度升高过高或外部磁场过大，则会对磁珠的阻抗产生不利影响。

2.3芯片感应器和芯片珠的使用

使用芯片珠还是芯片感应器主要是在应用中。谐振电路中需要片式电感，当需要消除不必要的EMI噪声时，芯片珠是最佳选择。片式电感的应用领域有：射频和无线通信、信息技术设备、雷达探测器、汽车电子、手机、寻呼机、音频设备、pda（个人数字助理）、无线遥控系统和低压电源模块。等待。芯片珠的应用主要包括：时钟产生电路、模拟电路与数字电路之间的滤波、射频电路与敏感逻辑器件之间的I/O输入/输出内部连接器（如串口、并口、键盘、鼠标、远程通信、局域网等），电源电路滤除高频传导干扰，抑制计算机、打印机、录像机、电视系统和手机中的电磁干扰噪声。

三、磁珠的选择与应用

由于电路中采用铁氧体磁珠来增加高频损耗而不引入直流损耗，体积小，易于安装在导线或间隔导线上，对1MHz以上的噪声信号的抑制效果非常明显，因此去耦、滤波，抑制高频电路中的寄生振荡。特别是有效地消除了电路内部开关器件引起的电流突变和滤波电源线或其他导线引入电路的高频噪声干扰。低阻抗电源电路、谐振电路、C类功率放大器和晶闸管开关电路都非常有效地使用铁氧体磁珠进行滤波。

铁氧体磁珠一般可分为电阻式和感应式两种，使用时可根据需要选择。单个磁珠的阻抗通常是10到几百欧姆。如果单一的衰减量不够，可以串联使用多个磁珠，但通常三个或更多个效应不会显著增加[7]。图3所示为使用两个感应铁氧体磁珠构成的高频LC滤波器电路，该电路能够有效吸收高频振荡器产生的振荡信号，而不会破坏负载，也不会降低负载。直流电压开。

由于任何一条传输线都不可避免地存在引线电阻、引线电感和杂散电容，标准脉冲信号在长传输线后容易出现过冲和振铃现象。大量实验表明，引线电阻可以降低脉冲的平均振幅，而引线电感和杂散电容的存在是产生过冲和振铃的根本原因。在脉冲前沿上升时间相同的情况下，引线电感越大，过冲和振铃现象越严重。杂散电容越大，波形上升时间越长，引线电阻增大，脉冲幅度减小。在实际电路中，串联电阻可以用来减少和抑制过冲和振铃。

铁氧体抑制元件也广泛应用于印刷电路板、电源线和数据线。如果在印制板电源线的输入端加入铁氧体磁珠，可以滤除高频干扰。铁氧体磁环或磁珠用于抑制信号线和电力线的高频干扰和尖峰干扰。它们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长度成正比，磁珠长度对抑制效果有显著影响。磁珠长度越长，抑制效果越好。

普通滤波器是由一个无损电抗元件组成，其在线路中的作用是将阻带频率反射回信号源，因此这种滤波器又称为反射滤波器。当反射滤波器与源阻抗不匹配时，一部分能量被反射回源，导致干扰水平的增加。为了解决这一缺点，可以在滤波器的进线处采用铁氧体磁环或磁珠套，通过磁环或磁珠对高频信号的涡流损耗将高频分量转化为热损失。因此，磁珠有时也被称为磁珠吸收，所以它们实际上被称为磁珠吸收。

不同的铁氧体抑制元件有不同的最佳抑制频率范围。一般来说，磁导率越高，抑制频率越低。此外，铁氧体体积越大，抑制效果越好。在体积一定的情况下，长而薄的形状比短而厚的形状好，并且内径越小，抑制效果越好。然而，在直流或交流偏置电流的情况下，也存在铁氧体饱和的问题。抑制元件的横截面越大，饱和的可能性越小，所能承受的偏置电流也就越大。

当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，二者失去调节，造成饱和，从而降低元件的性能；抑制共模干扰时，电源的两根导线（正负）同时通过一个磁环，有效信号为差模信号，EMI吸收磁环/磁珠对其无影响，共模信号表现出较大的电感。使用磁环的一个更好的方法是反复循环穿过磁环的导线以增加电感。根据其对电磁干扰的抑制原理，可以合理使用其抑制。

铁氧体抑制元件应安装在靠近干扰源的地方。对于输入/输出电路，应尽可能靠近屏蔽罩的入口和出口。对于由铁氧体磁环和磁珠组成的吸收式滤波器，除了使用高磁导率的消耗品外，还需要注意其应用。它们对线路中高频元件的电阻约为10至几百欧姆，因此其在高阻抗电路中的作用并不明显。相反，在低阻抗电路（如配电、电源或射频电路）中使用将非常有效。

磁珠应用案例

智能手机

四、结论

铁氧体广泛应用于电磁干扰控制，因为它可以衰减高频，同时允许低频几乎不受阻碍地通过。用于电磁干扰吸收的磁环/磁珠可制成各种形状，广泛应用于各种场合。例如，在PCB板上，可以添加到DC/DC模块、数据线、电源线等，吸收线路上的高频干扰信号，但不会在系统中产生新的极点，也不会破坏系统的稳定性。它与电力滤波器配合使用，以补充滤波器的高频性能，改善系统的滤波特性。磁珠具有较高的电阻率和磁导率，相当于电阻和电感的串联，但电阻值和电感值随频率变化。因此，它比普通的阻性滤波在高频段具有更好的滤波效果。作为电源滤波器，可以使用电感器。磁珠的电路符号是电感。但是，可以看出磁珠是在电路功能中使用的。磁珠和电感原理相同，但频率特性不同。

磁珠是由氧磁铁组成的。电感由铁芯和线圈组成。磁珠将交流信号转换成热能，感应器储存交流电并缓慢释放。磁珠对高频信号有很大的阻碍作用。总的规格是100欧姆/100兆赫，比低频时的电感器小得多。铁氧体磁珠是一种发展迅速的抗干扰元件。它价格便宜，使用方便，对滤波高频噪声有显著效果。在电路中，只要导线穿过它（我使用与普通电阻相同的图案，导线已经穿过并粘在一起，但也以表面贴装的形式出现，但很少有人出售）。

当导线中的电流通过时，铁氧体对低频电流的电阻很小，高频电流衰减较大。高频电流以热的形式辐射出去，等效电路是一个串联的电感和一个电阻，这两个分量的值与磁珠的长度成正比。磁珠的种类很多，制造商应该提供技术规格，特别是磁珠的阻抗和频率之间的关系。有些磁珠有多个孔，导线的通过可以增加元件的阻抗（磁珠通过次数的平方），但是在高频下增加了噪声抑制能力。