磁珠(Ferrite bead)的等效电路是一个DCR电阻串联一个电感并联一个电容和一个电阻。DCR是一个恒定值,但后面三个元件都是频率的函数,也就是说它们的感抗,容抗和阻抗会随着频率的变化而变化,当然它们阻值,感值和容值都非常小。
从等效电路中可以看到,当频率低于fL(LC谐振频率)时,磁珠呈现电感特性;当频率等于fL时,磁珠是一个纯电阻,此时磁珠的阻抗(impedance)最大;当频率高于谐振频率点fL时,磁珠则呈现电容特性。
EMI选用磁珠的原则就是磁珠的阻抗在EMI噪声频率处最大。比如如果EMI噪声的最大值在200MHz,那你选择的时候就要看磁珠的特性曲线,其阻抗的最大值应该在200MHz左右。
下图是一个磁珠的实际的特性曲线图。大家可以看到这个磁珠的峰值点出现在1GHz左右。在峰点时,阻抗(Z)曲线的值与电阻(R)的相等。也就是说这个磁珠在1GHz时,是个纯电阻,而且阻抗值最大。
Z: impedance R: R( f) X1: L\\C
让我们再来看一下下面两个不同曲线特征的磁珠A和磁珠B应用于信号线时的情况。
磁珠A和磁珠B的阻抗峰值都在100MHz和200MHz之间,但磁珠A阻抗频率曲线比较平坦,磁珠B则比较陡峭。
我们将两个磁珠分别放在如下的20MHz的信号线上,看看对信号输出会产生什么样的影响。
波形测试点
下面是用示波器分别量测磁珠输出端的波形图
从输出波形来看,磁珠B的输出波形失真要明显小于磁珠A。
原因是磁珠B的阻抗频率波形比较陡峭,其阻抗在200MHz时较高,只对200MHz附近的信号的衰减较大,但对频谱很宽的方波波形影响较小。而磁珠A的阻抗频率特性比较平坦,其对信号的衰减频谱也比较宽,因此对方波的波形影响也较大。
因此,在具体选用磁珠时,阻抗频率特性平坦型的磁珠A比较适合应用于电源线,而频率特性比较陡峭的磁珠B则较适合应用于信号线。磁珠B在应用于信号线时,可以在尽量保持信号完整性的情况下,尽可能只对EMI频率附近的噪声产生最大的衰减。
EMC磁珠应用于电子线路中抑制EMI,主要有两种应用: 1.最常见用于电源线。2.用于信号线像音频,视频线等。那应该如何根据实际应用从千万种不同特性的EMC磁珠中选择合适的磁珠用于自己的系统设计呢?
向前面所述,如果要选用磁珠用于电源线,应该做如何选择呢?
首 先,要知道开关电源的工作频率。通常大多数开关电源工作于几百KHz,少数的可以工作到几MHz. 这个频率基本上是在传导辐射的频率范围。对于起始于30MHz辐射频率来讲,属于低频的范围。一般来讲,电源产生的辐射EMI噪声,通常在小于 100MHz-300MHz范围. 因此,选择磁珠用选用峰值频率小于300MHz低频型的磁珠。
其次,就是要知道电源的工作电流。对于哪些放置于开关或非直流信号的磁珠,通常要讲交流信号转换有效值,以此来选择磁珠的额定电流。
对于用于电源线磁珠尺寸,像我们前面讲到的,在满足排版空间设计要求情况下,要尽量选用大尺寸的磁珠。
用于电源线的磁珠,DCR是十分关键的参数,特别是对于电池供电的便携式设备,像手机,平板电脑等。应尽量选用DCR小的磁珠用于电源线,以提高电源效率。
当然,从抑制EMI的角度来讲,磁珠的峰值阻抗越高越好。但通常,磁珠的阻抗与DCR成反比关系。需哟根据实际的应用情况,在DCR和阻抗间做一折中选择。
最后,就像前面所讲的,磁珠的阻抗曲线要尽量平坦,以最大限度的滤除电源的高次谐波噪声。