磁珠的工作原理和應用介紹

一、磁珠

1.1磁珠的概念

磁珠屬于電磁干擾噪聲元件，也屬于噪聲濾波器。他們的學名是片狀鐵氧體磁珠。它們的作用相當于電路中串聯的電阻和電感。它們的電阻和電感隨電路的頻率而變化。當高頻通過時，它們表現出電阻，從而起到濾波高頻濾波器的作用。磁珠的主要原料是鐵素體，主要成分是鐵鎂合金或鐵鎳合金，外觀呈灰黑色。

電路中的高頻信號在經過鐵氧體時消耗了大量的高頻信號。正是由于鐵氧體的高頻特性，磁珠在電路中起到了抗高頻和低頻的作用。

1.2磁珠命名規則

下圖顯示了模型中磁珠的命名規則BLM18AG331SN1D舉個例子

1.3磁珠工作原理

磁珠的主要原料是鐵氧體。鐵氧體是具有立方晶格結構的立方鐵磁性材料。鐵素體材料為鐵鎂合金或鐵鎳合金。其制造工藝和力學性能與陶瓷相似。顏色是灰黑色的。電磁干擾濾波器中經常使用的一種磁芯是鐵氧體材料，許多制造商專門為抑制電磁干擾提供鐵氧體材料。這種材料的特點是高頻損耗和高磁導率，使電感線圈繞組之間高頻高電阻產生的電容最小化。鐵氧體材料通常用于高頻場合，因為它們在低頻下表現出主要的感應特性，從而產生低損耗。在高頻下，它們主要表現為電抗特性，并隨頻率變化。在實際應用中，鐵氧體材料被用作射頻電路的高頻衰減器。實際上，鐵氧體可以更好地等效為電阻和電感的并聯。低頻電阻被電感器短路，高頻時電感器的阻抗變得很高，電流通過電阻器。鐵氧體是一種將高頻能量轉換為熱能的消耗設備，熱能由其電阻特性決定。

對于抑制電磁干擾的鐵氧體，最重要的性能參數是磁導率和飽和磁通密度。磁導率可用復數表示，實部為電感，虛部為損耗，損耗隨頻率的增加而增大。因此，它的等效電路是由一個電感L和一個電阻R組成的串聯電路。如圖1所示，電感L和電阻器R都是頻率的函數。當導線穿過這種鐵氧體磁芯時，電感器的阻抗隨著頻率的增加而增加，但在不同的頻率下，其阻抗機制是完全不同的。

在高頻段，阻抗主要由電阻分量組成。隨著頻率的增加，磁芯的磁導率降低，導致電感器的電感減小，電感分量減小，但此時磁芯的損耗增大。電阻分量的增加使總阻抗增大，當高頻信號通過鐵氧體時，電磁干擾被吸收并轉化為熱能。在低頻段，阻抗主要由電感的感應電抗組成。當低頻較小時，磁芯的磁導率較高，所以電感大，電感L起主要作用，電磁干擾被反射和抑制，而當磁芯損耗很小時，整個裝置就是一個低損耗、高品質因數的Q型電感，鐵氧體磁珠使用后，在低頻段會出現干擾增強現象。

磁珠有多種類型，制造商將提供技術指標說明，特別是磁珠阻抗與頻率的關系。有些磁珠有多個孔，導線的通過可以增加元件的阻抗（磁珠通過次數的平方），但是高頻下的噪聲抑制能力可能不如預期的那么大，可以使用多個串聯連接。磁珠法。

值得注意的是，高頻噪聲的能量通過鐵氧體磁矩和晶格的耦合轉化為熱能，而不是像旁路電容器那樣將噪聲引入地面或阻止其返回。因此，當鐵氧體磁珠安裝在電路中時，不必設置接地點。這是鐵氧體磁珠的突出優點。

下圖顯示了片狀鐵氧體磁珠的阻抗頻率特性示例。其基本原理是：隨著頻率的升高，阻抗隨電感的增加而成比例地增加，因此，通過將這些磁珠串聯在電路中，它們起到了低通濾波器的作用。對于傳統電感器，阻抗（Z）值的主要特征是電抗分量（X）。

另一方面，由于片狀鐵氧體磁珠使用在高頻下具有高損耗的鐵氧體材料，因此在高頻范圍內的主要特性是電阻分量（R）。電抗分量不伴有損耗，而電阻分量有損耗。這意味著片狀鐵氧體磁珠比傳統電感具有更好的噪聲能量吸收能力。

片式鐵氧體磁珠通常通過100MHz頻率下的阻抗值進行標準化。但是，可以使用具有相同阻抗值的各種產品。這是為了能夠選擇阻抗曲線的銳度。

下圖顯示了曲線更改的示例。BLM18AG601SN1和BLM18BD601SN1都是片式鐵氧體磁珠，在100 MHz時阻抗為600Ω，但BLM18BD601SN1的阻抗曲線更為尖銳，而BLM18AG601SN1的阻抗上升更為緩慢。

對于阻抗曲線緩慢上升的類型，阻抗在較低的頻率水平開始增加，因此可以在從非常低頻到高頻的寬頻帶上抑制噪聲。然而，如果信號頻率相對較高，則頻率也可能衰減。

相反，對于阻抗曲線急劇上升的類型，阻抗僅在高頻范圍內增加，因此即使使用具有相對較高頻率的信號，也可以在不影響信號的情況下抑制噪聲。因此，在選擇片狀鐵氧體磁珠時，重要的是要考慮抑制噪聲的信號頻率。

1.4磁珠結構

當導線中的電流通過時，鐵氧體對低頻電流的電阻很小，高頻電流衰減較大。高頻電流以熱的形式輻射出去，等效電路是一個串聯的電感和一個電阻，這兩個分量的值與磁珠的長度成正比。磁珠的種類很多，制造商應該提供技術規格，特別是磁珠的阻抗和頻率之間的關系。有些磁珠有多個孔，導線的通過可以增加元件的阻抗（通過磁珠的次數的平方），但是在高頻下增加的噪聲抑制能力并不像預期的那樣，但是多個串聯的幾個磁珠會更好地工作。

鐵氧體是一種磁性材料，由于過多的電流通過，磁導率急劇下降。大電流濾波應采用專門為結構設計的磁珠，并注意散熱措施。鐵氧體磁珠不僅可以用來過濾功率電路中的高頻噪聲（用于直流和交流輸出），而且還可以用于其他電路，而且其尺寸可以縮小。特別是在數字電路中，由于脈沖信號含有高頻高次諧波，它也是電路高頻輻射的主要來源，因此在這種情況下可以起到磁珠的作用。鐵氧體磁珠也廣泛用于信號電纜的噪聲濾波。

下圖顯示了片狀鐵素體磁珠的典型結構。在原鐵氧體片之間形成線圈圖形，通過集成和點火過程形成三維線圈結構。

1.5磁珠主要特性參數

直流電阻：當直流電流通過磁珠時，磁珠顯示的電阻值。

額定電流額定電流（mA）：表示胎圈正常工作時的最大允許電流。

阻抗[Z]@100MHz（ohm）：指交流阻抗。

阻抗頻率特性：描述阻抗值隨頻率變化的曲線。

電阻頻率特性：將電阻值描述為頻率函數的曲線

感應電抗頻率特性：描述感應電抗隨頻率變化的曲線。

二、磁珠和電感器

2.1磁珠與電感器的區別

電感器是儲能元件，磁珠是能量轉換（消耗）器件。電感主要用于電源濾波回路，主要用于抑制傳導干擾；磁珠主要用于信號回路，主要用于電磁干擾。磁珠用于吸收超高頻信號，如一些射頻電路、鎖相環、振蕩器電路、超高頻存儲電路（DDR、SDRAM、RAMBUS等），需要在電源的輸入部分加入磁珠，電感是一種存儲器。能量元件用于LC振蕩電路、低頻濾波電路等，其應用頻率范圍很少超過50mhz。

1.片式電感：電感元件和EMI濾波元件廣泛應用于電子設備的PCB電路中。這些元件包括芯片感應器和芯片珠。下面描述這兩種器件的特性，并分析它們的一般應用和特殊應用。表面貼裝組件的優點是封裝尺寸小，能夠滿足實際空間要求。除了阻抗值、載流能力和其他類似的物理特性外，通孔連接器和表面貼裝器件的其他性能特性基本相同。在需要片式電感器的地方，電感器需要實現兩個基本功能：電路諧振和扼流電抗。諧振電路包括諧振產生電路、振蕩電路、時鐘電路、脈沖電路、波形產生電路等。諧振電路還包括高Q帶通濾波電路。為了使電路產生共振，電路中必須同時存在電容和電感。由于器件兩電極之間的鐵氧體等效于電容介質，因此在電感兩端都存在寄生電容。在諧振電路中，電感必須具有高Q、窄電感偏差、穩定的溫度系數，才能實現諧振電路的窄帶、低頻溫漂的要求。高Q值電路具有尖銳的諧振峰。窄的電感偏置保證了諧振頻率偏差盡可能小。穩定的溫度系數保證了諧振頻率具有穩定的溫度變化特性。標準徑向引出電感與軸向引出電感和片式電感的區別只是封裝不同。感應結構包括纏繞在電介質材料（通常是氧化鋁陶瓷材料）上的線圈，或空心線圈和纏繞在鐵磁性材料上的線圈。在電力應用中，當用作扼流圈時，電感器的主要參數是直流電阻（DCR）、額定電流和低Q值。當用作濾波器時，需要具有寬帶寬特性，因此不需要電感器的高Q特性。低DCR保證最小的電壓降，DCR定義為沒有交流信號的元件的直流電阻。

2.片式磁珠：片式磁珠的作用主要是消除傳輸線結構（PCB電路）中存在的射頻噪聲。射頻能量是疊加在直流傳輸電平上的交流正弦波分量，需要直流分量。有用的信號，而射頻能量是沿線路傳輸和輻射（EMI）的不必要的電磁干擾。為了消除這些不必要的信號能量，使用芯片珠作為高頻電阻器（衰減器），允許直流信號通過并過濾掉交流信號。通常，高頻信號高于30 MHz，但低頻信號也受芯片磁珠的影響。芯片磁珠由軟鐵氧體材料組成，構成具有高體積電阻率的單片結構。渦流損耗與鐵氧體材料的電阻率成反比。渦流損耗與信號頻率的平方成正比。使用芯片珠的好處：小型化和輕量化。射頻噪聲頻率范圍內的高阻抗消除了傳輸線中的電磁干擾。閉合磁路結構，以更好地消除信號的串擾。優良的磁屏蔽結構。降低直流電阻，以避免所需信號過度衰減。顯著的高頻和阻抗特性（更好地消除射頻能量）。高頻放大電路消除了寄生振蕩。有效工作范圍從幾兆赫到幾百兆赫。要正確選擇胎圈，必須注意以下事項：不需要的信號的頻率范圍是多少？誰是噪音源？需要多少噪聲衰減。環境條件是什么（溫度、直流電壓、結構強度）。什么是電路和負載阻抗？PCB上是否有放置磁珠的空間？前三種可通過觀察制造商提供的阻抗-頻率曲線來判斷。阻抗曲線中的所有三條曲線都非常重要，即電阻、電感電抗和總阻抗?？傋杩褂肸R22πfL（）2+：=fL表示。典型的阻抗曲線可在磁珠的數據表中找到。從該曲線中，選擇在需要衰減的頻率范圍內具有最大阻抗且在低頻和直流條件下信號衰減盡可能小的磁珠類型。過大的直流電壓會影響芯片磁珠的阻抗。此外，如果工作溫度升高過高或外部磁場過大，則磁珠的阻抗將受到不利影響。使用芯片磁珠和芯片電感的原因：是否使用芯片磁珠或芯片電感主要是在應用中。諧振電路中需要一個片式電感。在消除不必要的EMI噪聲時，使用芯片磁珠是最佳選擇。芯片磁珠和芯片感應器的應用：芯片感應器：射頻（RF）和無線通信、信息技術設備、雷達探測器、汽車電子、手機、尋呼機、音頻設備、PDA（個人數字助理）、無線遙控系統和低壓電源模塊。芯片磁珠：時鐘產生電路、模擬電路和數字電路之間的濾波、I/O輸入/輸出內部連接器（如串口、并口、鍵盤、鼠標、遠程通信、局域網）、射頻（RF）電源電路中的高頻傳導干擾與計算機、打印機、錄像機（VCR）、電視系統和移動電話以及易受干擾邏輯設備中的EMI噪聲抑制之間的電路。

2.2片式磁珠和片式感應器

2.2.1片式電感器

電感元件和EMI濾波元件廣泛應用于電子器件的PCB電路中，包括片式電感和片式磁珠。在需要片式電感器的地方，電感器需要實現兩個基本功能：電路諧振和扼流電抗。諧振電路包括諧振產生電路、振蕩電路、時鐘電路、脈沖電路、波形產生電路等。諧振電路還包括高Q帶通濾波電路。為了使電路產生共振，電路中必須同時存在電容和電感。由于器件兩電極之間的鐵氧體等效于電容介質，因此在電感兩端都存在寄生電容。在諧振電路中，電感必須具有較高的品質因數Q、較窄的電感偏差和穩定的溫度系數，才能實現諧振電路的窄帶和低頻溫漂要求。

高Q值電路具有尖銳的諧振峰。窄的電感偏置保證了諧振頻率偏差盡可能小。穩定的溫度系數保證了諧振頻率具有穩定的溫度變化特性。標準徑向引出電感與軸向引出電感和片式電感的區別只是封裝不同。感應結構包括纏繞在電介質材料（通常是氧化鋁陶瓷材料）上的線圈，或空心線圈和纏繞在鐵磁性材料上的線圈。在電力應用中，當用作扼流圈時，電感器的主要參數是直流電阻（DCR，定義為沒有交流信號的元件的直流電阻）、額定電流和低Q。當用作濾波器時，需要一個寬帶寬特性，因此不需要電感器的高Q特性，低直流電阻（DCR）可以確保最小的電壓降。

2.2.2片式磁珠

片式磁珠是目前應用和發展迅速的一種抗干擾元件。該方法成本低，使用方便，濾波高頻噪聲效果顯著。片式磁珠由軟磁鐵氧體材料組成，片式鐵氧體磁珠的結構和等效電路如圖2所示，本質上是一個由鐵氧體構成的疊層片式電感。一種由磁性材料和導體線圈組成的層狀整體結構。由于它是在高溫下燒結的，所以它具有致密性好、可靠性高的優點。兩端電極由3層銀/鎳/焊料組成，以滿足回流焊和波峰焊的要求。在圖2所示的等效電路中，R表示由鐵氧體材料損耗（主要是磁損耗）和導體線圈的EU損耗引起的等效電阻，C是導體線圈的寄生電容。

芯片珠的作用是消除傳輸線結構（PCB電路）中存在的射頻噪聲。射頻能量是疊加在直流傳輸電平上的交流正弦波分量。直流分量是所需的有用信號和射頻能量。它是沿線路傳輸和輻射（EMI）無用的電磁干擾。為了消除這些不必要的信號能量，使用芯片珠作為高頻電阻（衰減器），允許直流信號通過并過濾掉交流信號。通常高頻信號在30MHz以上，但低頻信號也會受到芯片珠的影響。

芯片珠不僅具有小型化、重量輕的優點，而且在射頻噪聲頻率范圍內具有高阻抗特性，可以消除傳輸線中的電磁干擾。芯片珠降低了直流電阻，以避免所需信號的過度衰減。芯片珠還具有顯著的高頻和阻抗特性，以更好地消除射頻能量。高頻放大電路還可以消除寄生振蕩。有效工作范圍從幾兆赫到幾百兆赫。

過大的直流電壓會影響芯片的阻抗。此外，如果工作溫度升高過高或外部磁場過大，則會對磁珠的阻抗產生不利影響。

2.3芯片感應器和芯片珠的使用

使用芯片珠還是芯片感應器主要是在應用中。諧振電路中需要片式電感，當需要消除不必要的EMI噪聲時，芯片珠是最佳選擇。片式電感的應用領域有：射頻和無線通信、信息技術設備、雷達探測器、汽車電子、手機、尋呼機、音頻設備、pda（個人數字助理）、無線遙控系統和低壓電源模塊。等待。芯片珠的應用主要包括：時鐘產生電路、模擬電路與數字電路之間的濾波、射頻電路與敏感邏輯器件之間的I/O輸入/輸出內部連接器（如串口、并口、鍵盤、鼠標、遠程通信、局域網等），電源電路濾除高頻傳導干擾，抑制計算機、打印機、錄像機、電視系統和手機中的電磁干擾噪聲。

三、磁珠的選擇與應用

由于電路中采用鐵氧體磁珠來增加高頻損耗而不引入直流損耗，體積小，易于安裝在導線或間隔導線上，對1MHz以上的噪聲信號的抑制效果非常明顯，因此去耦、濾波，抑制高頻電路中的寄生振蕩。特別是有效地消除了電路內部開關器件引起的電流突變和濾波電源線或其他導線引入電路的高頻噪聲干擾。低阻抗電源電路、諧振電路、C類功率放大器和晶閘管開關電路都非常有效地使用鐵氧體磁珠進行濾波。

鐵氧體磁珠一般可分為電阻式和感應式兩種，使用時可根據需要選擇。單個磁珠的阻抗通常是10到幾百歐姆。如果單一的衰減量不夠，可以串聯使用多個磁珠，但通常三個或更多個效應不會顯著增加[7]。圖3所示為使用兩個感應鐵氧體磁珠構成的高頻LC濾波器電路，該電路能夠有效吸收高頻振蕩器產生的振蕩信號，而不會破壞負載，也不會降低負載。直流電壓開。

由于任何一條傳輸線都不可避免地存在引線電阻、引線電感和雜散電容，標準脈沖信號在長傳輸線后容易出現過沖和振鈴現象。大量實驗表明，引線電阻可以降低脈沖的平均振幅，而引線電感和雜散電容的存在是產生過沖和振鈴的根本原因。在脈沖前沿上升時間相同的情況下，引線電感越大，過沖和振鈴現象越嚴重。雜散電容越大，波形上升時間越長，引線電阻增大，脈沖幅度減小。在實際電路中，串聯電阻可以用來減少和抑制過沖和振鈴。

鐵氧體抑制元件也廣泛應用于印刷電路板、電源線和數據線。如果在印制板電源線的輸入端加入鐵氧體磁珠，可以濾除高頻干擾。鐵氧體磁環或磁珠用于抑制信號線和電力線的高頻干擾和尖峰干擾。它們還具有吸收靜電放電脈沖干擾的能力。兩個分量的數值與磁珠長度成正比，磁珠長度對抑制效果有顯著影響。磁珠長度越長，抑制效果越好。

普通濾波器是由一個無損電抗元件組成，其在線路中的作用是將阻帶頻率反射回信號源，因此這種濾波器又稱為反射濾波器。當反射濾波器與源阻抗不匹配時，一部分能量被反射回源，導致干擾水平的增加。為了解決這一缺點，可以在濾波器的進線處采用鐵氧體磁環或磁珠套，通過磁環或磁珠對高頻信號的渦流損耗將高頻分量轉化為熱損失。因此，磁珠有時也被稱為磁珠吸收，所以它們實際上被稱為磁珠吸收。

不同的鐵氧體抑制元件有不同的最佳抑制頻率范圍。一般來說，磁導率越高，抑制頻率越低。此外，鐵氧體體積越大，抑制效果越好。在體積一定的情況下，長而薄的形狀比短而厚的形狀好，并且內徑越小，抑制效果越好。然而，在直流或交流偏置電流的情況下，也存在鐵氧體飽和的問題。抑制元件的橫截面越大，飽和的可能性越小，所能承受的偏置電流也就越大。

當EMI吸收磁環/磁珠抑制差模干擾時，通過它的電流值與其體積成正比，二者失去調節，造成飽和，從而降低元件的性能；抑制共模干擾時，電源的兩根導線（正負）同時通過一個磁環，有效信號為差模信號，EMI吸收磁環/磁珠對其無影響，共模信號表現出較大的電感。使用磁環的一個更好的方法是反復循環穿過磁環的導線以增加電感。根據其對電磁干擾的抑制原理，可以合理使用其抑制。

鐵氧體抑制元件應安裝在靠近干擾源的地方。對于輸入/輸出電路，應盡可能靠近屏蔽罩的入口和出口。對于由鐵氧體磁環和磁珠組成的吸收式濾波器，除了使用高磁導率的消耗品外，還需要注意其應用。它們對線路中高頻元件的電阻約為10至幾百歐姆，因此其在高阻抗電路中的作用并不明顯。相反，在低阻抗電路（如配電、電源或射頻電路）中使用將非常有效。

磁珠應用案例

智能手機

四、結論

鐵氧體廣泛應用于電磁干擾控制，因為它可以衰減高頻，同時允許低頻幾乎不受阻礙地通過。用于電磁干擾吸收的磁環/磁珠可制成各種形狀，廣泛應用于各種場合。例如，在PCB板上，可以添加到DC/DC模塊、數據線、電源線等，吸收線路上的高頻干擾信號，但不會在系統中產生新的極點，也不會破壞系統的穩定性。它與電力濾波器配合使用，以補充濾波器的高頻性能，改善系統的濾波特性。磁珠具有較高的電阻率和磁導率，相當于電阻和電感的串聯，但電阻值和電感值隨頻率變化。因此，它比普通的阻性濾波在高頻段具有更好的濾波效果。作為電源濾波器，可以使用電感器。磁珠的電路符號是電感。但是，可以看出磁珠是在電路功能中使用的。磁珠和電感原理相同，但頻率特性不同。

磁珠是由氧磁鐵組成的。電感由鐵芯和線圈組成。磁珠將交流信號轉換成熱能，感應器儲存交流電并緩慢釋放。磁珠對高頻信號有很大的阻礙作用?？偟?a target="_blank">規格是100歐姆/100兆赫，比低頻時的電感器小得多。鐵氧體磁珠是一種發展迅速的抗干擾元件。它價格便宜，使用方便，對濾波高頻噪聲有顯著效果。在電路中，只要導線穿過它（我使用與普通電阻相同的圖案，導線已經穿過并粘在一起，但也以表面貼裝的形式出現，但很少有人出售）。

當導線中的電流通過時，鐵氧體對低頻電流的電阻很小，高頻電流衰減較大。高頻電流以熱的形式輻射出去，等效電路是一個串聯的電感和一個電阻，這兩個分量的值與磁珠的長度成正比。磁珠的種類很多，制造商應該提供技術規格，特別是磁珠的阻抗和頻率之間的關系。有些磁珠有多個孔，導線的通過可以增加元件的阻抗（磁珠通過次數的平方），但是在高頻下增加了噪聲抑制能力。