硬件学习之器件篇-磁珠

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热心网友时间：2024-12-14 19:25

磁珠（Ferrite Bead）是一种电子被动元器件，通常是由铁氧体等磁性材料制成，其具有高电阻率和磁导率。在高频条件下，磁珠表现出高阻抗特性，有效抑制噪声和尖峰干扰。广泛应用于信号线和电源线上，解决辐射和干扰问题。
在选择磁珠时，需关注其额定电流。这是在正常工作条件下磁珠能安全通过的最大电流，确保电路的最大电流低于磁珠的额定电流，避免磁珠过热或磁饱和。通常在设计时应预留额外的余量，特别是在电源上使用磁珠时，应考虑直流偏置特性，预留更多的余量。
磁珠的直流导通电阻（DCR）在电源应用中是关键参数。DCR决定了磁珠在直流电流通过时呈现的电阻值。若在核电压1V上使用0.2R的磁珠，当峰值电流达到3A时，磁珠压降为0.6V，这可能导致电压异常，如死机、重启或不开机等现象。磁珠的阻抗越大，DCR也越大，导致过流能力减小。
标称阻抗（Z）通常在100MHz下测试，包含实部和虚部，表示磁珠在该频率下的总阻抗。实部为电阻部分，虚部为感抗或容抗部分。磁珠规格书上的标称阻抗值是在85度温度下的测试值，随温度升高，阻抗值会降低，需要考虑降额设计。
磁珠的阻抗曲线展示了其阻抗与频率的关系。曲线包含Z、R和X三个参数，其中Z是总阻抗，R是电阻，X是感抗。磁珠在感性区、阻性区和容性区有不同的响应。在感性区，磁珠呈现感性，用作低损耗、高Q特性的电感与寄生电容组成的LC低通滤波器。在阻性区，磁珠吸收辐射或干扰频率的噪声，有效转换成热能耗散。在容性区，磁珠对高频信号直接流过，不进行滤除。
磁珠的直流偏置特性对电源滤波至关重要。流过磁珠的电流不为零，有直流偏置电流，这会改变磁芯材料的特性。电流增加会导致磁珠电感下降，影响阻抗-频率曲线。设计时应在额定电流的20%处使用铁氧体磁珠。
电感与磁珠在滤波应用中存在区别。电感基于法拉第电磁感应原理，抑制低频噪声和干扰，主要通过将电能转换为磁能来实现。磁珠则将电能转换为热能，在EMI和电源高频滤波方面表现较好，适合用于RF电路、PLL、震荡电路等。
磁珠的分类和选型涉及多种因素，包括工艺（叠层磁珠和绕线磁珠）、应用（一般等级和车规等级）、电路使用（信号线和电源线）以及电路特性（普通、高频、超高频、低直流电阻等）。选择磁珠时需考虑干扰噪声的频率、线路上的工作电流、峰值电流、磁珠的DCR值以及电源上的去耦电容等因素。
实例展示了磁珠在不同应用场景下的使用。例如，数字模块的地与主系统地通过磁珠连接，静电测试导致设备复位重启。在蓝牙音箱的USB端口接触放电问题中，磁珠直接串入，解决了静电测试问题。工业产品售后机器上，磁珠长时间处于高幅值干扰下烧毁，更换为共模电感改善了问题。控制系统产品中，磁珠影响温度采集模块的模拟地与数字地间产生反向电动势导致死机，改用0R电阻解决。
磁珠的失效主要由机械应力和热应力引起。外力可能导致磁珠开裂或破损，过流直接导致磁珠烧毁，参数一致性问题也可能导致过流或过热后烧毁。