磁珠(Ferrite bead)的等效電路是一個(gè)DCR電阻串聯(lián)一個(gè)電感并聯(lián)一個(gè)電容和一個(gè)電阻。DCR是一個(gè)恒定值,但后面三個(gè)元件都是頻率的函數(shù),也就是說它們的感抗,容抗和阻抗會(huì)隨著頻率的變化而變化,當(dāng)然它們阻值,感值和容值都非常小。
從等效電路中可以看到,當(dāng)頻率低于fL(LC諧振頻率)時(shí),磁珠呈現(xiàn)電感特性;當(dāng)頻率等于fL時(shí),磁珠是一個(gè)純電阻,此時(shí)磁珠的阻抗(impedance)最大;當(dāng)頻率高于諧振頻率點(diǎn)fL時(shí),磁珠則呈現(xiàn)電容特性。
EMI選用磁珠的原則就是磁珠的阻抗在EMI噪聲頻率處最大。比如如果EMI噪聲的最大值在200MHz,那你選擇的時(shí)候就要看磁珠的特性曲線,其阻抗的最大值應(yīng)該在200MHz左右。
下圖是一個(gè)磁珠的實(shí)際的特性曲線圖。大家可以看到這個(gè)磁珠的峰值點(diǎn)出現(xiàn)在1GHz左右。在峰點(diǎn)時(shí),阻抗(Z)曲線的值與電阻(R)的相等。也就是說這個(gè)磁珠在1GHz時(shí),是個(gè)純電阻,而且阻抗值最大。
Z: impedance R: R( f) X1: L\\C
讓我們再來看一下下面兩個(gè)不同曲線特征的磁珠A和磁珠B應(yīng)用于信號(hào)線時(shí)的情況。
磁珠A和磁珠B的阻抗峰值都在100MHz和200MHz之間,但磁珠A阻抗頻率曲線比較平坦,磁珠B則比較陡峭。
我們將兩個(gè)磁珠分別放在如下的20MHz的信號(hào)線上,看看對(duì)信號(hào)輸出會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響。
波形測試點(diǎn)
下面是用示波器分別量測磁珠輸出端的波形圖
從輸出波形來看,磁珠B的輸出波形失真要明顯小于磁珠A。
原因是磁珠B的阻抗頻率波形比較陡峭,其阻抗在200MHz時(shí)較高,只對(duì)200MHz附近的信號(hào)的衰減較大,但對(duì)頻譜很寬的方波波形影響較小。而磁珠A的阻抗頻率特性比較平坦,其對(duì)信號(hào)的衰減頻譜也比較寬,因此對(duì)方波的波形影響也較大。
因此,在具體選用磁珠時(shí),阻抗頻率特性平坦型的磁珠A比較適合應(yīng)用于電源線,而頻率特性比較陡峭的磁珠B則較適合應(yīng)用于信號(hào)線。磁珠B在應(yīng)用于信號(hào)線時(shí),可以在盡量保持信號(hào)完整性的情況下,盡可能只對(duì)EMI頻率附近的噪聲產(chǎn)生最大的衰減。
EMC磁珠應(yīng)用于電子線路中抑制EMI,主要有兩種應(yīng)用: 1.最常見用于電源線。2.用于信號(hào)線像音頻,視頻線等。那應(yīng)該如何根據(jù)實(shí)際應(yīng)用從千萬種不同特性的EMC磁珠中選擇合適的磁珠用于自己的系統(tǒng)設(shè)計(jì)呢?
向前面所述,如果要選用磁珠用于電源線,應(yīng)該做如何選擇呢?
首 先,要知道開關(guān)電源的工作頻率。通常大多數(shù)開關(guān)電源工作于幾百KHz,少數(shù)的可以工作到幾MHz. 這個(gè)頻率基本上是在傳導(dǎo)輻射的頻率范圍。對(duì)于起始于30MHz輻射頻率來講,屬于低頻的范圍。一般來講,電源產(chǎn)生的輻射EMI噪聲,通常在小于 100MHz-300MHz范圍. 因此,選擇磁珠用選用峰值頻率小于300MHz低頻型的磁珠。
其次,就是要知道電源的工作電流。對(duì)于哪些放置于開關(guān)或非直流信號(hào)的磁珠,通常要講交流信號(hào)轉(zhuǎn)換有效值,以此來選擇磁珠的額定電流。
對(duì)于用于電源線磁珠尺寸,像我們前面講到的,在滿足排版空間設(shè)計(jì)要求情況下,要盡量選用大尺寸的磁珠。
用于電源線的磁珠,DCR是十分關(guān)鍵的參數(shù),特別是對(duì)于電池供電的便攜式設(shè)備,像手機(jī),平板電腦等。應(yīng)盡量選用DCR小的磁珠用于電源線,以提高電源效率。
當(dāng)然,從抑制EMI的角度來講,磁珠的峰值阻抗越高越好。但通常,磁珠的阻抗與DCR成反比關(guān)系。需喲根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用情況,在DCR和阻抗間做一折中選擇。
最后,就像前面所講的,磁珠的阻抗曲線要盡量平坦,以最大限度的濾除電源的高次諧波噪聲。