图1;控制器电源电路
2;18V 电源输出纹波
1. 磁珠的工作区
铁氧体磁珠可依据三个响应区域分类:感性、阻性和容性。查看ZRX曲线便可确定这些区域,其中Z表示阻抗、R表示电阻、X表示磁珠的电抗。
磁珠是利用高频下干扰信通过阻抗发热转换为热量散发出去,为了降低高频噪声,磁珠必须处于阻性区域内。
在交越频率(X=R)以下相对较低的频率处,磁珠的响应是感性的。
在高频率处,磁珠的响应是容性的。因此,选择磁珠时,应根据干扰信号的频率,选择干扰频率落在磁珠的电阻区内,下图中的灰色部分频率。
其中X曲线回到0并不是表示阻值为0,而是阻值为负数。
图3;磁珠的三个工作区间
由于磁珠的电感特性,和电容组合引用的时候会产生LC谐振的影响。
此时LC电路没有起到滤波的效果,反而放大波纹和噪声,而不是衰减它。由铁氧体磁珠电感和高Q去耦电容组成的低通滤波网络的谐振频率低于磁珠的交叉频率时出现峰值,产生的滤波器是欠阻尼的。
以TDK MPZ1608S101A测得的阻抗与频率图。电阻元件依赖于耗散多余的能量,直到达到约20 MHz至30 MHz范围才变得重要。
在这个频率以下,铁氧体珠仍然有一个非常高的Q值,并像一个理想的电感器。
典型的磁珠滤波器的LC谐振频率通常在0.1MHz到10 MHz范围内。对于典型的开关频率300 kHz至5 MHz范围内,需要额外的阻尼来降低滤波器Q。
图4;磁珠的谐振
图5;磁珠的谐振优化
3. 磁珠的直流重叠效应
我们都知道在电容上加不同的直流电压,电容容量是会变化的,磁珠也有同样的直流重叠特性,片状铁氧体磁珠是一种使用铁氧体的电感器。
因此,当大电流通过时,需要特别注意由于磁饱和所造成的性能改变。
下图是村田某款规格为60欧/@100mHZ/1A的磁珠的直流重叠图,厂商给出的规格是电流为0时的阻抗,当达到额定电流1A时,在100MHZ 阻抗由60欧降低到6Ω左右,降低了90%。
因此,为了得到较高的阻抗,磁珠的额定电流最好不要超过20%,此时阻抗的下降在30%左右。
图5;电流对磁珠阻抗的影响
4. 磁珠的场景
磁珠的应用场景主要有两种,一种是数据线上,另一种是电源线上,如下图,都是标称100M/120Ω的磁珠,蓝色磁珠更适合做电源应用,因为电源的开关频率基本是几百K到几M,在低频时需要更高的阻抗抵御干扰;而绿色的磁珠更适合在数据线应用,抵御特定频率的干扰,同时在较低频率时阻抗较低,对信号的影响更低。
图6;磁珠的两种应用场景
磁珠的应用场景主要有两种,一种是数据线上,另一种是电源线上,如下图,都是标称100M/120Ω的磁
1. 确定应用场景;
先确认磁珠的应用场景,如果是电源应用,则选择矮胖型,如果时信号应用场景,则选择瘦高型。
2. 确定额定电流
磁珠的额定电流就是磁珠的最大工作电流,在此电流下工作,磁珠的阻抗会下降90%以上,因此,电路 的最大工作工作电流最好不要超过磁珠额定电流的20%,此时的阻抗下降在30%左右,影响不大。
3. 防止系统谐振
磁珠在较低频率时呈现的时电感特性,有很高的Q值,与电容配套使用时一般时处于欠阻尼状态,有可能会导致系统谐振,不但无法抵御干扰,甚至会将干扰放大,因此需要加入电阻防止系统谐振。
4. 防止对信号的影响
在信号应用场景,使用磁珠都希望是一个窄带的低通滤波器,实际上阻抗越大的磁珠,在信号频段的阻抗也越大,因此在较高速度的信号应用,例如时钟/高速数据线等,需要防止磁珠的阻抗对信号的衰减。