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硬體設計4---什麼是電感磁珠?

1.什麼是電感?

    百度百科介紹"電感器(Inductor)是能夠把電能轉化為磁能而存儲起來的元件。電感器的結構類似于變壓器,但隻有一個繞組。電感器具有一定的電感,它隻阻礙電流的變化。如果電感器在沒有電流通過的狀态下,電路接通時它将試圖阻礙電流流過它;如果電感器在有電流通過的狀态下,電路斷開時它将試圖維持電流不變。電感器又稱扼流器、電抗器、動态電抗器。"

    電感器的特性與電容器的特性正好相反,它具有阻止交流電通過而讓直流電順利通過的特性。

2.電感的三個作用

1)通直流、阻交流。Z=jwL,頻率越高阻抗越大。

2)阻礙交流的變化,保持器件工作電流的穩定。

3)濾波。

3.電路設計常用電感及其應用要點

    根據電感的應用場合,可将電感分為高頻信号用電感、一般信号用電感、電源用電感。一般情況下我們從器件手冊上可以得到電感的參數有:

  • 電感值
  • 直流電阻
  • 自諧振頻率(Q最大時的頻率)
  • 額定電流

3.1 高頻信号用電感

高頻信号用電感主要用在射頻信号上,一般哦們用不到,這裡就不再深入研究。

3.2 一般信号用電感

硬體設計4---什麼是電感磁珠?
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3.3 電源用電感

硬體設計4---什麼是電感磁珠?
硬體設計4---什麼是電感磁珠?
  • 電感用于濾波時,要考慮直流壓降,且額定電流需大于工作電流,一般情況下我們在設計DC/DC電路時,要計算一下電感值,計算公式如下:
硬體設計4---什麼是電感磁珠?
  • 一般來說DC/DC的輸出需要電感LC慮除噪聲,而LDO不需要電感的LC濾波。
  • Π型濾波電路,不僅可濾源端,也可以濾終端,使之不會互相影響。

4.什麼是磁珠?

百度百科介紹"磁珠專用于抑制信号線、電源線上的高頻噪聲和尖峰幹擾,還具有吸收靜電脈沖的能力。磁珠是用來吸收超高頻信号,像一些RF電路,PLL,振蕩電路,含超高頻存儲器電路(DDRSDRAM,RAMBUS等)都需要在電源輸入部分加磁珠,而電感是一種蓄能元件,用在LC振蕩電路,中低頻的濾波電路等,其應用頻率範圍很少超過50MHZ。 磁珠有很高的電阻率和磁導率,等效于電阻和電感串聯,但電阻值和電感值都随頻率變化。"。

1)磁珠,其實就是單匝的線圈,而電感是多匝的。有一匝以上的線圈習慣稱為電感線圈,少于一匝(導線直通磁環)的線圈習慣稱之為磁珠,其實磁珠就是單匝電感,是以電感量小,與其寄生電容的共振頻率就高(在這個頻率點上,阻抗最高),因而對高頻的抑制作用就好。

2)磁珠,是能量消耗元件,可等效為一個電感和一個電阻串聯,隻是電阻和電感都随頻率的增高而增大,低頻時阻抗很小,信号可以通過,頻率較高時,比如說外界的RF幹擾,等效阻抗很大,射頻幹擾以熱量的形式被消耗掉,達到EMC的目的,常用于信号線和電源線入口,抑制高頻幹擾和尖峰幹擾;而電感是儲能元件,多用于電源的濾波。

3)磁珠主要對付環境中的電磁輻射幹擾;電感用來對付傳導性幹擾。

4)兩者在電路中的符号雖然相同,但是機關卻不同,磁珠的機關是歐姆,因為磁珠的機關是按照它在某一頻率 産生的阻抗來标稱的,阻抗的機關也是歐姆。磁珠的 DATASHEET上一般會提供頻率和阻抗的特性曲線圖,一般以100MHz為标準,比如[email protected],意思就是在100MHz頻率的時候磁珠的阻抗相當于1000歐姆;電感的機關是亨利(H)。

4.1磁珠的參數

現在用的最多的是鐵氧體磁珠 (Ferrite Bead)。

以我們選用的村田的BLM15AG102SN1為例:阻抗[email protected],100MHz時的等效阻抗位1000歐姆;直流電阻DC Resistance (1.0 ohm),直流阻抗1.0歐姆,表示對直流信号的衰減,越低越好;還可以發現一個現象:阻抗越大,其直流阻抗也越大,例如,BLM15AG100SN1100MHz阻抗僅為10ohm,直流阻抗為0.05ohm。額定電流Rated Current (200 mA),允許通過的最大電流,因為鐵氧體是磁性材料,會因通過電流過大而産生磁飽和,導磁率會急劇下降。這個參數的大小與阻抗成反比,即阻抗越大,額定電流越小,BLM15AG100SN1的額定電流為1000mA。

4.2磁珠的應用

磁珠的外形和電感相似,其主要功能是吸收電源、信号上的噪聲的幹擾。

1)電容濾波的基礎是建構極低阻抗的通道,至于放多低的阻抗才能使單闆上的絕大多數噪聲通過該通道而流回地平面,需要進行大量複雜的電源完整性分析。

2)電感構成的低通濾波原理是将噪聲予以反射,噪聲仍然在電路中四處遊串。電感一般用在幾十MHz的,無法慮除某些特定的高頻噪聲。

電感和電容濾波并沒有真正消滅濾波,隻是改變了噪聲傳播的路徑。但磁珠在一定頻帶内能反射噪聲,在一定頻帶内還能吸收噪聲并轉換為熱能。

3)在器件資料上,磁珠的參數一般都是在100MHz的阻抗值。轉換點以下展現點感性,轉換點以上展現電阻性。

4)是以選擇的磁珠應滿足:電路噪聲的頻帶大于磁珠轉換點的頻率,使磁珠吸收噪聲而不是反射噪聲;電路信号的工作頻帶盡量小于磁珠轉換點頻率,以防有效信号被磁珠衰減。

5)對于串聯了磁珠的線路,磁珠的轉換點頻率越低,線路震蕩和波形失真就越小;反之則越大。磁珠的轉換點頻率和諧振頻率不是一個概念。

硬體設計4---什麼是電感磁珠?

5.磁珠與電感的差別

1、 電感和磁珠都可以用于濾波,但是機理不一樣。電感濾波是将電能轉化為磁能,磁能将通過兩種方式影響電路:一種方式是重新轉換回電能,表現為噪聲;一種方式是向外部輻射,表現為EMI(電磁幹擾)。而磁珠是将電能轉換為熱能,不會對電路構成二次幹擾。

2、 電感在低頻段濾波性能較好,但在50MHz以上的頻段濾波性能較差;磁珠利用其電阻成分能充分地利用高頻噪聲,并将之轉換為熱能已達到徹底消除高頻噪聲的目的。

3、 從EMC(電磁相容)的層面說,由于磁珠能将高頻噪聲轉換為熱能,是以具有非常好的抗輻射功能,是常用的抗EMI器件,常用于使用者接口信号線濾波、單闆上高速時鐘器件的電源濾波等。

4、 電感和電容構成低通濾波器時,由于電感和電容都是儲能器件,是以兩者的配合可能産生自激;磁珠是耗能器件,與電容協同工作時,不會産生自激。

5、 一般,電源用電感的額定電流相對較大,是以,電感常用于需要通過大電流的電源電路上,如用于電源子產品濾波;而磁珠一般僅用于晶片級電源濾波(不過,目前市場上已經出現了大額定電流的磁珠)。

6、 磁珠和電感都具有直流電阻,磁珠的直流電阻相對于同樣濾波性能的電感更小一些,是以用于電源濾波時,磁珠上的壓降更小。

另外要注意一些電感和磁珠的共同點:

1) 額定電流。當電感的額定電流超過其額定電流時,電感值将迅速減小,但電感器件未必損壞;而磁珠的工作電流超過其額定電流時,将會對磁珠造成損傷。

2) 直流電阻。用于電源線路時,線路上存在一定的電流,如果電感或磁珠本身的直流電阻較大,則會産生一定壓降。是以選型中,都要求選擇直流電阻小的器件。

3) 頻率特性曲線。電感和磁珠的廠家資料都附有器件頻率特性曲線圖。在選型中,需仔細參考這些曲線,以選擇合适的器件。

應用時,注意其諧振頻率。