铁氧体磁珠如何工作以及如何选择合适的铁氧体磁珠？

铁氧体磁珠通常用于高频EMI噪声抑制

有时，我希望我能看到电磁波。这将使检测EMI变得更加容易。我不必折腾复杂的设置和信号分析仪，我只要看看，就知道这是怎么回事。虽然我们可能看不到EMI，但有时我们可以在其通过音频电路时听到它。解决这种干扰的一种可能方法是使用铁氧体磁珠。

可惜，铁氧体磁珠（也称为铁氧体电感、铁氧体钳位、铁氧体环、EMI滤波器磁珠，甚至铁氧体环形滤波器）可能有点神秘。铁氧体磁芯的功能类似于电感器的功能，但铁氧体磁芯的频率响应在高频时会偏离此功能。此外，不同类型的磁珠，例如绕线铁氧体磁珠和片状铁氧体磁珠，对降噪提供的响应不同。例如，线绕铁氧体磁珠在很宽的频率范围内工作，但在直流电设置中提供的电阻较小。为了正确使用，您需要了解其电磁特性及其在使用过程中的变化情况。掌握铁氧体磁珠使用背后的理论之后，您可以有意识地为电路板实现正确的选择。如果不这样做，最终造成的问题可能会比修复的问题更多。

此图显示了为什么铁氧体磁珠有时被称为铁氧体环或铁氧体电感

什么是铁氧体磁珠以及铁氧体磁珠如何工作？

铁氧体磁珠是无源电子元件，可以抑制电源线上的高频信号。它们通常放置在接入特定设备的电源/地线对周围，例如笔记本电脑的电源线。这些磁珠根据法拉第定律工作：导体周围的磁芯在高频信号存在时感应反电动势，从根本上衰减铁氧体频率响应。您可以从Coilcraft等专业制造商处获取标准铁氧体磁珠，但某些项目可能需要定制磁珠。

铁氧体是磁性材料，将这种材料放在电源/地线周围的铁氧体夹中，可以为通过线路的信号提供电感阻抗源。这可能会诱使您将其视为标准电感器，但它们比这更复杂。实际上，铁氧体磁珠是非线性元件。它提供的阻抗变化是负载电流和铁氧体两端电压降的变化。铁氧体磁珠的简化电路模型将帮助您了解其频率特性。但是，请记住，这些属性可能会随着电流和温度而变化。

负载电流可以改变铁氧体的阻抗。

铁氧体磁珠有什么用处？

由于铁氧体磁珠阻抗为电感式，因此铁氧体磁珠电感器用于衰减电子元件中的高频信号。当铁氧体磁珠扼流圈放置在连接电子设备的电源线上时，它会消除电源连接上或直流电源输出的任何杂散高频噪声。这种铁氧体夹的使用是噪声抑制的众多方法之一，例如开关式电源的噪声抑制方法。这种将铁氧体磁珠用作铁氧体滤波器的应用可以抑制和消除传导型EMI。

在铁氧体磁珠作为滤波器的各种用途中，EMI滤波器磁珠/电源滤波器磁珠通常额定为一定的直流电流阈值。超过指定值的电流可能会损坏元件。麻烦的是，这个极限会受到热量的严重影响。随着温度的升高，额定电流迅速下降。额定电流也会影响铁氧体的阻抗。随着直流电流的增加，铁氧体磁珠将“饱和”并失去电感。在相对较高的电流下，饱和可将铁氧体磁珠阻抗降低多达90%。

铁氧体磁珠对比电感器

尽管可以将铁氧体磁珠建模为电感器，但铁氧体磁珠电感器的性能与典型电感器不同。欲知如何衡量铁氧体磁珠的性能与电感器的性能，您可以通过铁氧体磁珠发送模拟信号并在几个数量级上扫频。如果您为铁氧体磁珠的频率扫描测量创建波德图，您会发现与具有类似低频行为的电感器相比，铁氧体磁珠在较高频率下提供更急剧的衰减。

铁氧体磁珠连接至交流电源的简单而准确的模型。

铁氧体磁珠可以建模为电容器和电感器，也可以建模为与此RLC网络并联的电阻器，该网络连接有串联电阻器。串联电阻器量化了器件对直流电流的电阻。该模型中的电感器代表了铁氧体磁珠衰减高频信号的主要功能，即通过法拉第定律提供电感阻抗。该模型中的并联电阻考虑了高频时铁氧体磁珠内电感的涡流损耗。最后，该模型中的电容考虑了元件的自然寄生电容。

查看铁氧体磁珠阻抗曲线时，主要电阻阻抗仅在一个薄频带中表现为非常高。磁珠的电感在此薄频带内占主导地位。在更高的频率下，铁氧体磁珠的阻抗开始出现电容性过大的现象，并且阻抗迅速下降。最终，随着频率继续增加，容抗将下降到一个非常小的值，铁氧体磁珠阻抗呈现纯阻性。

铁氧体磁珠中的铁氧体磁芯提供的功能与变压器中的铁氧体磁芯相似。

铁氧体磁珠选择指南

现在您已经掌握了铁氧体理论，是时候为您的设备做出选择了。这并不难，如果您想知道如何为设计选择铁氧体磁珠，您只需要注意磁珠的规格即可。您可能想知道，我的设计是否需要铁氧体磁珠？与许多工程决策一样，答案并不那么简单。如果您知道您的电路板会在特定频率范围内遇到传导型EMI，并且您需要衰减这些频率，那么铁氧体磁珠可能是您设计的正确选择。

基于铁氧体磁珠的电感行为，无需过多考虑即可自然得出铁氧体磁珠“衰减高频”的结论。然而，铁氧体磁珠的作用不像宽频带低通滤波器，因为它们只能帮助衰减特定范围的频率。您必须选择铁氧体磁珠，并在电阻带内不需要频率的位置进行扼流。无论太低或太高，磁珠都不会达到预期的效果。

在为您的设计选择特定的铁氧体磁珠之前，您应该查看制造商是否可以为您提供铁氧体磁珠的阻抗与负载电流曲线。截至目前为止，如果您不确定如何选择铁氧体磁珠，这是您可以使用的最佳工具。如果您的负载电流非常高，您需要选择一个铁氧体磁珠，该磁珠能够承受这些电流而不会在所需频率范围内饱和并失去其阻抗。

注意事项

铁氧体磁珠和铁氧体扼流圈本质上是高频电阻负载，这意味着它们会在您的电路中引起一些问题。放置磁珠时，您需要考虑电压降和散热。

在高压电路的时代，电压降并不是什么大问题。现在我们有很多低功率电路，可以使用低至2V左右的电压。在这些层面上，您承担不起太多损失。铁氧体磁珠会导致电路中出现直流电压降。看起来可能不多，但如果您的集成电路（IC）具有短时高电流消耗状态，则损耗可能会变得很大。将铁氧体磁珠放在不会导致压降问题的位置。

由于铁氧体磁芯材料在高频下具有电阻性，因此它们主要以热量的形式耗散吸收的能量。在电源线上使用铁氧体扼流圈时，这种热量不一定会成为PCB的问题，但当它在高强度电流下耗散高频时，就可能会成为一个问题。如果您的系统特别嘈杂并且磁珠会吸收大量高频，那么这种热量可能会成为一个更大的问题。确保考虑磁珠的散热问题。

铁氧体磁珠的阻抗会随温度变化而变化。

铁氧体磁珠可能非常有用，但前提是您必须确切地了解其工作原理。请记住，它们会在相当小的频带内衰减信号，并且其有效性取决于温度和负载电流。为了最好地使用铁氧体磁珠，应确保其符合您的确切规格。然后，在放置磁珠时，一定要考虑到电压降和热量。

我们经常讨论铁氧体磁珠的重要性和功能。如果您想详细了解铁氧体磁珠或铁氧体磁芯，请查看行业专家Kella Knack撰写的《铁氧体磁珠的全部必知内容》（Everything You Need To Know About Ferrite Beads）。

处理铁氧体磁珠之类的东西可能很困难，但设计印刷电路板却不一定如此。Altium Designer^®是最先进的PCB设计软件，其工具可帮助您构建最佳电路板。它甚至具备供电网络等附加功能，可以帮助您处理压降和散热等问题。

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