穿心磁珠的原理及應(yīng)用

在之前的微信公眾號文章《電子設(shè)備電磁干擾(EMI)的發(fā)生與對策》中，簡單介紹了磁珠在EMI對策中的應(yīng)用，本文將詳細介紹穿心磁珠的作用原理及其應(yīng)用。

一、穿心磁珠的作用原理

穿心磁珠也叫磁珠濾波器，是一種EMI噪音濾波器，主要用于抑制高頻噪音。實物與電感相似，原理與電感基本一樣，所以部分廠家會將穿心磁珠歸類為電感。電感是一種儲能器，對于抑制噪音的主要原理有點類似電網(wǎng)調(diào)節(jié)的“削峰填谷”，就是利用楞次定律來實現(xiàn)抑制噪音。電感在濾波應(yīng)用的過程中會有銅損與鐵損，所以當然也會有利用鐵損來實現(xiàn)噪音的“削峰”。

穿心磁珠主要是靠磁心的鐵損（磁滯損耗與渦流損耗）來實現(xiàn)濾波效果。電流流經(jīng)磁珠會在磁珠內(nèi)部形成磁場，當電流發(fā)生變化時，磁場隨之變化。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，磁心內(nèi)部（如紅色截面）會產(chǎn)生電場，形成內(nèi)部的渦流。磁心的內(nèi)阻很大，這些渦流最終以熱量的形式散發(fā)出去，實現(xiàn)了“削峰”式的濾波效果。同樣的，穿心磁珠也存在微量電感，所以也會有微量的“削峰填谷”式的濾波效果。因此磁珠的指標單位是Ω，一般用在電源線或者信號線上以抑制高頻噪音。如圖1所示。

圖1 穿心磁珠主要濾波原理

穿心磁珠的磁心一般采用鎳鋅鐵氧體材質(zhì)，也可使用非晶帶材、納米晶帶材；形狀多樣，如單孔（RH）、雙孔（RID）與六孔（R6H）；但用途也都是抑制噪音。穿心磁珠的安裝方式主要分為插件式、貼片式，其中插件式的又分為立式與臥式。

二、穿心磁珠的主要用途

磁珠的主要用途是抑制二極管/MOS管反向恢復(fù)時產(chǎn)生的噪音。

如圖2，DC-DC轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)電路。在該電路中，一般情況下流過二極管的電流不從陽極流向陰極。假設(shè)在正向電流流過二極管施加反向電壓，常理來說二極管的電流會立即截停，但實際上二極管上會有短時間的很大的逆向電流。它被稱為二極管的反向恢復(fù)特性，這個電流流動的時間被稱為反向恢復(fù)時間。該回路是主電流回路，所以回路上的電阻在設(shè)計上要盡可能小，這也導(dǎo)致了反向恢復(fù)特性的短路電流缺少限制，會變成非常大，這也是二極管產(chǎn)生大損耗或產(chǎn)生大噪音的主要原因。

圖2 DC-DC轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)電路

在開關(guān)電源中，開關(guān)晶體管（功率MOSFET）搭配二極管的反向恢復(fù)特性成為大的噪音主要原因。如果在二極管的引線中加入穿心磁珠，則可以形成線圈，可以抑制反向恢復(fù)特性的短路電流，減少噪音。高速二極管的反向恢復(fù)時間會有數(shù)納秒，短路電流有時甚至會相差數(shù)十安培，為了抑制短路電流噪音，當然也可以加入電阻，但是如此一來就會產(chǎn)生很大的功率損耗及電壓降，所以優(yōu)先選擇磁珠來抑制短路電流噪音的同時，不會造成無效的功率損耗及額外的電壓降。

穿心磁珠不僅使用在電源線上，也可以在各種信號傳輸線路上使用，用作高頻濾波器。

針對高頻段的EMI解決方案，科達嘉推出了各種系列的穿心磁珠：RH系列，RHD系列，RID系列，RHV系列，SMB系列等，可以滿足客戶的插件式、貼片式的安裝需求。

請參考如下科達嘉代表穿心磁珠。

圖3 插件磁珠：RHR系列

圖4 大電流貼片磁珠：SMB系列

更多詳細型號信息請參考科達嘉官網(wǎng)：磁珠_CODACA科達嘉電子

三、總結(jié)

電子產(chǎn)品的高頻化趨勢，給電子產(chǎn)品帶來小型化及節(jié)能化的同時，也帶來了高頻率的電磁兼容問題，而傳統(tǒng)的電感產(chǎn)品在高頻段的電磁干擾處理能力不盡如人意，為解決高頻段的EMI問題，磁珠就應(yīng)運而生。

為助力電子設(shè)備解決高頻段的EMI問題，科達嘉開發(fā)了各種系列標準化的功率電感、共模電感的同時，也開發(fā)了各類結(jié)構(gòu)的穿心磁珠。工程師可以根據(jù)設(shè)計的應(yīng)用要求，訪問科達嘉官網(wǎng)或者咨詢科達嘉相關(guān)人員選擇合適的科達嘉標準化的穿心磁珠。

關(guān)于科達嘉電子

深圳市科達嘉電子有限公司成立于2001年，是一家專業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)與銷售功率電感、共模電感等磁性元件的國家高新技術(shù)企業(yè)。

科達嘉的主要產(chǎn)品包括：大電流電感、一體成型電感、高頻大電流電感、數(shù)字功放電感、SMD功率電感、插件電感、磁棒電感、共模電感等，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、汽車電子、醫(yī)療電子、新能源、電機、通訊設(shè)備、數(shù)字功放、電源系統(tǒng)等領(lǐng)域。