磁珠的选择 admin 18/09/08
由于开关电源的开关频率较高，因此在输出整流管关断后的反向恢复过程中会产生 开关噪声，容易损坏整流管。尽管在输出整流管两端并联由阻容元件串联而成的RC型 吸收电路，能对开关噪声起到一定的抑制作用，但效果仍不理想，况且在电阻上还会造 成功率损耗。解决的办法是在二次侧整流滤波器上串联一只磁珠。
磁珠在开关电源中的典型应用电路如图3-9-1所示。二次侧输出整流管VD采用 SB580型肖特基二极管。R与C1构成电磁干扰吸收网络。L采用3.3uH的磁珠。C4为 安全电容器，C2和C3为输出滤波电容器。图(b)示出磁珠在电子设备中的典型应用 电路，将两个磁珠L1和L2接在退耦电容器C的前面。由于磁珠对高频电流呈现高阻 抗，因此可阻碍传输线上的高频干扰电流流人IC。
图3-9-1 磁珠在开关电源中的应用电路(局部)
一.磁珠的性能特点
“磁珠”(magnetic bead)的全称为铁氧体磁珠滤波器，是近年来问世的一种超小型 磁性元件。它是将铁氧体材料(或非晶合金)与导线在高温下烧结而成的。磁珠主要有 以下特点：
(1)磁珠具有高频损耗大，高电阻率、高磁导率(为100~1500H/m)的特点，能 在极宽的频带范围内抑制噪声干扰。将磁珠串联在信号或电源的通路中，能有效地抑制 串模噪声干扰。开关电源常用磁珠的电感量很小，一般仅为几至几十微亨。
(2)磁珠可等效于电感与电阻的串联电路，其等效电感和等效电阻与磁珠的长度成 比例关系。在直流或低频段，磁珠呈现很低的感抗，不会影响数据线或信号线上的信号 传输。而在10MHz以上的高频段，其感抗仍很小，但等效电阻却迅速增加，进而导致 总阻抗增大，使高频噪声被大幅度衰减，而对低频信号的阻抗可忽略不计，并不影响电 路的正常工作。因此，磁珠可等效于低通滤波器，它允许直流电流通过而将高频噪声滤 掉。这种滤波器的性能优于普通的滤波电感。滤波电感容易产生谐振而形成新的干扰 源，而磁珠不会产生谐振。
(3)磁珠是按照它在某一频率产生的阻抗来度量的，其单位是Ω，而不是H。磁珠 的数据表中所提供的频率—阻抗特性曲线，一般以100MHz为标准，例如“60R＠ 100MHz”就表示磁珠在100MHz频率时的阻抗为60Ω，以此类推。
(4)磁珠对高频成分具有吸收作用，因此亦称之为吸收型滤波器。相比之下，电磁 干扰滤波器中共模电感的作用是将电磁干扰反射回信号源，后者属于反射型滤波器。
(5)磁珠是将高频能量转换成电涡流并以热量形式散发掉的器件，简称耗能器件， 涡流损耗与噪声频率的平方成正比。而普通电感为存储能量的元件，简称储能元件。磁 珠的最高工作频率可达1GHz，而电感的工作频率一般不超过50MHz。
(6)磁珠能抑制开关噪声的产生。它属于主动抑制高频干扰。这是因为磁珠是接在 产生尖峰脉冲的主回路(即输出电路)中的，利用其电感量可降低尖峰电流的上升率， 故称之为“主动抑制型”。而电磁干扰滤波器只能被动的抑制干扰，因此称作“被动抑 制型”，这是二者的根本区别。
(7)允许将多个磁珠串联或并联使用。通常，磁珠应安装在靠近干扰源的地方。
(8)磁珠不仅可用在高频开关电源、电子测量仪器以及各种对噪声要求非常严格的电 路中，还可广泛用于手机、DVD、数码摄像机等数字家用电器中。片式磁珠能消除传输线中 的射频干扰。在电磁兼容性(EMC)设计中，磁珠是抑制高频电磁干扰常用的一种磁性元件。
二.磁珠的选择方法
磁珠分管状、片状、排状(磁珠阵列，俗称磁珠排)等多种类型。管状磁珠又分单 孔珠、双孔珠、多孔珠，可满足不同需要。目前，市场上常见的管状磁珠的外形尺寸有 Φ2.5×3(mm)、Φ2.5×8(mm)、Φ3×5(mm)、Φ3.5×7.6(mm)等多种规格。其外 形呈管状，引线穿心而过。表3-9-1列出4种管状磁珠典型产品的技术指标，其外形 及典型产品的结构如图3-9-2所示。
表3-9-1 管状磁珠典型产品的技术指标
| 型号 | 尺寸(mm) | 阻抗(Ω) | |||
|---|---|---|---|---|---|
| A | B | C | 25MHz | 100MHz | |
| HT-A62 | 3.5±0.2 | 0.6±0.1 | 6.0±0.3 | 50 | 90 |
| HT-B62 | 3.5±0.2 | 0.6±0.1 | 9.0±0.3 | 70 | 120 |
| HT-S62 | 6.0±0.2 | 0.6±0.1 | 10.0±0.4 | 320 | 580 |
| HT-R62 | 3.5±0.2 | 0.6±0.1 | 6.0±0.3 | 100 | 130 |
图3-9-2 管状磁珠的外形及典型产品的内部结构
片状磁珠分通用型、尖峰型和大电流型(1~6A)三种类型。表3-9-2列出了日 本Murta公司生产的5种规格的片状磁珠的技术指标，其典型产品的外形尺寸如图3-9- 0.04in×0.02in×0.02in)。磁珠阵列则是将多个(例如2、4、6、8个)磁珠封装在一 起而制成的集成化片式器件。例如BMA2010型磁珠阵列就包含4个磁珠，外型尺寸仅 为2.0mm×1.0mm。采用磁珠阵列可节省占用印制板的面积。
表3-9-2 5种片状磁珠典型产品的技术指标
| 规格 | 阻抗值(Ω@100MHz) | 额定电流(mA) | 直流电阻最大值(Ω) | 工作温度范围(℃) |
|---|---|---|---|---|
| 0402 | 10~1000 | 50~500 | 0.05~1.5 | -55~+125 |
| 0603 | 120~1000 | 200 | 0.2~0.7 | -55~+125 |
| 0805 | 120~1000 | 200~500 | 0.15~1.1 | -55~+85,-55~+125 |
| 1206 | 26~600 | 200~500 | 0.15~0.9 | -55~+125 |
| 1806 | 80~150 | 200~500 | 0.1~0.5 | -55~+125 |
图3-9-2 片状磁珠典型产品的外形尺寸(单位：mm)
(a)0402—BLM10A (b)0603—BLM11A (c)0805—BLM21A
(d)1206—BLM31A (e)1806—BLM41A
磁珠可等效于由电感L和损耗电阻R组成的串联电路。例如，BLM03AG700SN1 型磁珠的阻抗特性如图3-9-4(a)所示。图中的Z表示阻抗，R为损耗电阻，XL为感 抗。其中，XL = 2πfL，Z = (R2 + XL2)0.5。由图可见，当频率f从lMHz升到1000MHz， 磁珠的阻抗和损耗电阻迅速增大，当f＝1000MHz时Z、R均达到最大值。而感抗随频 率升高缓慢增加，在f=30MHz时XL达到最大值，然后逐渐变小，当f=1000MHz 时，XL = 0。
图3-9-3 BLA31AG600SN4型磁珠的阻抗特性
某些电子设备在某一固定频率下会产生幅度很高的尖峰电压，用普通的EMI滤波 器很难抑制。针对这种情况，专门有一种尖峰式铁氧体磁珠，其特性曲线在某一频率下 呈尖峰状。例如，BLMl5BA750SNl型磁珠的阻抗—频率特性曲线如图3-9-4(b) 所示。