片式铁氧体磁珠及其应用

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1、片式铁氧体磁珠的应用钱振宇，史建华在接地、屏蔽和滤波三大干扰抑制技术中，滤波是抑制电磁干扰最常见、最有效和最经济的手段。这是因为运用滤波技术非常简单，只要在电气设备电源线和信号线的入口处插入EMI滤波器，就可以把传导性质的电磁干扰信号给予有效抑制（包括设备内部产生的电磁干扰和外界电网传进来的电磁干扰）。而最简单的滤波办法就是在电磁干扰信号的引线上套上一些管形或环形的铁氧体磁芯（通常把它称为抗干扰磁芯），利用穿越铁氧体材料的导线所体现出来的电感，以及在高频下铁氧体磁芯所产生的涡流损耗，可以简便而有效地消除存在于引线上的高频电磁噪声。1铁氧体抗干扰磁芯

2、的工作原理铁氧体抗干扰磁芯的主要成分是铁、镁和镍等，它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似，外表为灰黑色。铁氧体抗干扰磁芯有很高的磁导率，同时它的高频损耗又非常大。铁氧体抗干扰磁芯的等效电路可以用电感L和电阻R（后者是体现涡流损耗的损耗电阻）的串联来表示（图1），L和R都是频率的函数。当导线穿过这种铁氧体磁芯时，所构成的电感阻抗在形式上是随着频率的升高而增加，但是在不同频率时其机理是完全不同的。图1在低频段，低频时的磁芯损耗很小，阻抗主要由电感的感抗构成。由于磁芯的磁导率较高，因此电感量较大，电磁干扰被反射而受到抑制，整个器件是一个低损耗、高Q值的电感。

3、这种电感容易造成谐振，因此在低频段，有时可能出现采用铁氧体抗干扰磁芯后使干扰增强的现象。在高频段，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，随着频率的增高，磁芯的损耗（主要是磁芯的涡流损耗）也在增高，它反映为磁芯等效电路中的电阻成分在增高，这样，高频下的磁芯阻抗将主要由电阻构成。随着频率的升高，磁芯的总阻抗继续增高。因此，高频干扰通过铁氧体磁芯时，将被转换成热能的形式给耗散掉。铁氧体抗干扰磁芯被广泛应用于印制电路板、电源线和数据线上。在印制板的电源线入口端加上铁氧体磁芯时，可以滤除高频干扰。当铁氧体磁芯用在信号线和电源线上抑制高频

4、干扰和尖峰干扰时，它对吸收静电放电也具有相应的能力（因为同样也是高频干扰，只不过静电放电含有的频率成分更高）。铁氧体抗干扰磁芯种类很多，不同磁芯的阻抗与频率关系的曲线也不相同。不同的应用场合应选择不同的磁芯。使用时可以用增加导线在磁芯的穿过次数来增加元件的感抗(与导线穿过磁芯次数的平方成正比)，不过在高频时所增加的抑制干扰能力可能不如预期的多（有时还会因为导线穿过次数的增加，增加了分布电容，产生了负面的影响），必要时可以采取多串联几个磁芯的办法。特别值得一提的是，对磁芯来说，高频干扰的能量是通过铁氧体磁矩与晶格的耦合而转变为热能散发出去的，并不是将

5、噪声导入地线或者阻挡回去，因此在电路中安装铁氧体抗干扰磁芯时，不需要为它设置接地点。这是铁氧体抗干扰磁芯的突出优点。2片式铁氧体磁珠片式铁氧体磁珠是目前发展很快的一种适合于表面贴装的抗干扰元件，具有廉价、易用，滤除高频干扰的效果显著等一系列优点。片式铁氧体磁珠也是由软磁铁氧体材料组成，它在线路上所起的抗干扰作用也与上面讲1到的铁氧体抗干扰磁芯是相同的。但是片式铁氧体磁珠的结构则与普通的铁氧体抗干扰磁芯完全不同。图2为片式铁氧体磁珠的外观和内部结构。图中可见它实质上是1个片式叠层型电感器，是由铁氧体磁性材料与导体线圈组成的叠层型独石结构。由于在高温下

6、烧结而成，因而具有致密性好、可靠性高等优点。两端的电极由银/镍/焊锡等三层构成，可满足再流焊和波峰焊的要求。银+镍+锡银铁氧体(a)片式铁氧体磁珠外形(b)片式铁氧体磁珠的结构图2片式铁氧体磁珠的功能主要是用来消除传输线中的高频噪声。高频噪声是叠加在信号传输电平上的高频成分。这是一些无用的电磁干扰，能够沿着线路边传导和边辐射。为了消除这些不需要的信号成分，就可以利用片式铁氧体磁珠在高频下产生的涡流损耗来扮演高频电阻角色，让频率比较低的信号顺利通过，而滤除叠加在信号传输电平上的高频成分（通常在30MHz以上）。但实际上，片式铁氧体磁珠在滤除高频成分的

7、同时，低频有用信号多少也要受到一些影响。片式铁氧体磁珠常被应用于模拟和数字电路间的滤波；I/O端口电路、射频电路和易受干扰的逻辑电路间的滤波；以及电源电路和其他需要抑制电磁干扰的电路中滤波。使用片式铁氧体磁珠的好处：●小型化和轻量化；●可有效地工作在几MHz到几百MHz的频率范围内，在这一频率范围内所具有高阻抗可以消除传输线上的电磁干扰；●可以用在高频放大电路中，用来消除寄生振荡；●它特有的闭合磁路结构，可以有效地消除信号间的串扰；●此外，很低的直流电阻，不会对有用信号产生过大的衰减。使用片式铁氧体磁珠时，应当注意以下几点：●需要抑制的噪声信号在什

8、么频率范围内？●噪声信号需要有多大的衰减？●噪声源的内阻是多少？●负载（被保护电路）的输入阻抗又是多少？●在印刷板上是不是