磁珠的选型

磁珠技术 电子元件技术
硬件工程师炼成之路    2021-01-27    50

  磁珠的选型重要吗?

  先看下磁珠选型现状:磁珠用得最多的地方,应该是串联在电源上面,用于电源滤波。只要保证额定电流,DCR引起的压降满足要求,再大致看下100Mhz时的阻抗,基本上就可以了,然后在公司物料库里面挑一个,尽量不用新物料。

  如果按照上述方式,确实比较简单,也没什么重要的。这样也无可厚非,我就是这么干的,我估计大多数人也是这样的吧。绝大多数情况,这样也不会出现什么问题。但是有时会出现噪声恶化,辐射超标这些问题,这个时候就是体现实力,体现对磁珠的理解上面了,需要对磁珠重新选择。

  只有对一个东西有了足够的了解,才能对出现的各种情况进行分析解释。下面介绍下磁珠的基本参数的理解,来帮助我们选型。

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  上图是TDK的磁珠手册,可以看到磁珠主要参数包含3个:

  直流电阻DCR

  阻抗(100Mhz)

  额定电流

  直流导通电阻DCR

  这个参数最简单,常用的片式磁珠也像电感一样,是有线圈的,因此存在导线电阻。这个导线电阻与线圈的多少有关系,而线圈的多少与100Mhz时的阻抗大小也是成正比的。所以一般标称阻抗大的,磁珠的DCR也大,于是导致过流能力也小。

  那么DCR如何选呢?

  如果是用在电源上面,那么需要看压降大小。一般来说,磁珠的DCR是零点几个欧姆,或者更小。电流太大的话,经过磁珠的压降比较大,所以需要看经过磁珠之后的供电电压是否足够。

  比如对于3.3V/1A电源,要求3.3V不能低于3.1V,那么磁珠的直流电阻DCR就应该小于0.5R((3.3V-3.1V)/1A),留点裕量,选择0.3R以下的。

  如果是用在信号线上面,电流通常很小,DCR那就无所谓了,都能满足要求。

  额定电流

  磁珠都有额定电流,正常使用时,电流不能超过额定电流,否则可能会烧坏。

  磁珠的额定电流是温升电流,一般指自我温升不超过20-40℃的电流,不同的厂家标注会有些差异。

  阻抗

  磁珠的标称阻抗都是100Mhz情况下的,实际上并不能反映其全貌,但也能反映其一些特点。同一系列磁珠一般标称阻抗更大的,额定电流会更小,直流导通电阻要更大,因为磁珠内部的线圈更长。

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  如果想要看到其全频带的阻抗,那就要去看具体磁珠的阻抗-频率曲线了,包含Z,X,R。Z表示总的阻抗,R表示电阻,X表示感抗。

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  即使是阻抗标称相同的磁珠,差异也是会比较大的,因为有的“矮胖”,有的“瘦高”。

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  如上图两种磁珠,标称阻抗都是120Ω,但是曲线差异很大。一般选型分为两种情况,电源上用还是信号线上用。

  电源上用:选用蓝色的,“矮胖型”的,更为平滑,整个频带都有一定的阻抗,滤波效果更好。

  信号线上用:选绿色,“瘦高型”的,因为我们需要保证有用信号通过,而去掉其高次谐波,瘦高型更好。假如有用信号为10Mhz,图中瘦高型磁珠阻抗是11欧姆,而那个矮胖型的是25Ω,那么瘦高型对有用信号10Mhz影响更小。而在高频,大于100Mhz以后,瘦高型阻抗更大,对不需要的高次谐波衰减更好,因此,信号线上使用瘦高型的磁珠更好。

  电流对磁珠的影响

  厂家提供的磁珠阻抗频率曲线,一般是在很小偏置电流下测得的。而电流对磁珠的阻抗影响很大,在通过大电流时,这一点需要特别注意。

  随着偏置电流的增大,磁性材料会出现饱和的特性,导致L降低,从而导致工作区域的偏移。这就会影响到噪声的抑制效果。如下图,随着电流的增大(都在额定电流范围内),磁珠的阻抗频率曲线变化还是相当大的。

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  通常电感我们还会关注饱和电流,即不能让磁芯饱和。而磁珠的额定电流仅仅指的是温升电流,其实际的饱和电流比温升电流小得多,这就造成尽管我们在额定电流范围内使用,但因为磁珠磁芯慢慢饱和,阻抗频率曲线发生较大的变化。

  小结

  1、磁珠选型需要关注DCR,额定电流,阻抗频率曲线

  2、电流会造成磁珠的阻抗频率曲线变化很大

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