电磁兼容基础: 片状磁珠铁氧体和读取数据表

电源

什么是片状珠状铁氧体？与典型的低损耗功率电感相比，片状磁珠铁氧体是一种小型、特殊类型的有损电感。它用于消除电源电压线、地平面和数据信号中高频率的不必要噪声。
记住能量守恒定律，它指出能量既不能创造也不能毁灭，它只能被转换。这正是芯片珠铁氧体在这个应用中的作用。它正在将不需要的信号能量转化为热能。换句话说，它把不需要的信号转换成热量。
为了使转换效果最大化，在特定的衰减频率下选择具有最佳特性的合适材料是非常重要的。所有 Würth Elektronik 的芯片珠铁氧体都使用镍锌(NiZn)作为其高电阻率，因为绕组嵌入在磁芯中，但是在不同的频率范围内为了最大限度的衰减而被设计成有损耗的。
最终你得到的是一个频率相关的电阻器。图1显示了片状珠铁氧体的寄生元件。我们需要始终小心这些，因为片状珠铁氧体有电感，电容和电阻。接下来我们会进一步讨论这个问题。

图1。片状磁珠铁氧体的寄生元件片状珠状铁氧体的 X 射线观察图2给出了一个片状磁珠铁氧体的 X 射线视图。请记住，绕组痕迹不是绝缘的，而是嵌入在铁氧体磁芯中。

图2。高电流和高频率芯片磁珠铁氧体的 X 射线图
正如你所看到的，大电流芯片磁珠铁氧体的绕组需要更宽和更厚。这是因为它必须处理较大的电流，因此，他们往往是水平放置，导致更高的绕组自电容。
高频芯片磁珠铁氧体需要最小化绕组自电容，包括对端子的电容，因此它们具有较小的表面并且垂直放置。
感抗感抗是改变电流流动的结果，电流流动在导线或线圈周围产生磁场，产生反向电压，反向电压的极性使其电流与产生电流相反。这是基于伦茨定律，即感应电流必须沿着与初级电流相反的方向流动。

图3感抗元素
感抗是频率和电感的函数。电感主要由物理尺寸、形状、芯材和匝数决定，并在自共振频率以下保持不变。因此，变化的频率改变阻抗。

如何读取片状磁珠铁氧体数据表片状磁珠铁氧体具有电感、电阻和电容。图4显示了这些特性对阻抗影响最大的区域。在一个典型的芯片磁珠铁氧体数据表的阻抗图上，它们分别以蓝色、绿色和黄色突出显示。图中显示了三条曲线: Z 是阻抗，XL 是感抗，R 是部件的电阻铁心损耗。

图4。突出显示寄生元件区域的芯片磁珠铁氧体数据表示例
交叉频率是感抗和电阻芯损耗相遇的地方，如图中灰色和蓝色虚线交叉的地方所示。在交叉频率以下，感抗最高，在这个范围内，零件被用作阻抗与电流相反的电感器。在交叉频率以上，阻性铁心损耗较高; 在这些频率下，部分消散高频电流作为热-直到自谐振频率，或 SRF。SRF 是电感与寄生电容共振的点，产生非常高的阻抗。超过这一点，器件的电容就会增加。
芯片磁珠铁氧体的主要用途是阻挡有害的交流噪声。当芯片磁珠的电容超过 SRF 时，衰减减小。
减价与任何器件一样，在选择片状铁氧体时，密切注意热量是非常重要的。片状珠铁氧体将电能转化为热能，并将其作为热能消散。这意味着零部件的温度会升高，所以你必须知道零部件工作的环境温度。
有时需要减小电流，因为磁芯对温度非常敏感。对于商业级产品，我们使用的核心材料的最高工作温度为125 °C，其中包括环境温度。任何超过125 °C 的物体都有可能接近居里点，在那里渗透率下降到1，导致没有电感。提醒一下，居里点是材料失去其磁导率属性的点。
在这里，我们将看到一个产品的具体例子，其环境温度高于85 °C。我们在数据表中指定，当使用5安培(额定电流)时，环境温度上升40 ° 。

图5。片状磁珠铁氧体的温度降低示图记住，由于零件的环境温度为85 ° C，温度上升40 ° K，因此最高工作温度为125 ° C。在环境温度为105 °C 的情况下，额外增加40 ° K 的温升超过最高操作温度。这意味着有必要对该部分进行减价处理。使用图5中的图表，沿着 x 轴找到105 ° C，向上到达减额线，然后水平到达左侧垂直轴上的减额百分比。我们发现在105摄氏度时，我们必须将电流减少50% 。
因此，根据我们的数据表，在2.5安培时，温度上升了20 ° K。环境温度为105 ° C，温度上升20 ° K 的结果使您安全地处于125 ° C 的最高工作温度。
这个例子使用了一些简单的数字。通过这些步骤可以确保零件在最高工作温度下正常工作。
加上电流Würth Elektronik 指定了零偏置电流的芯片磁珠铁氧体，这意味着我们只显示了没有电流流过该部件的阻抗。但是，由于我们的 REDEXPERT 工具，我们还可以看到组件在当前包含的情况下如何执行。
下面的图6显示了无电流的零件编号7427927261，并且添加了0.10安培的电流。在图中，我们可以看到阻抗是如何下降的，自共振频率是如何随电流变化的。这一点值得注意，因为我们希望确保铁氧体能够在电流通过时充分衰减噪声。

图6。片状铁氧体7427927261显示有电流和无电流。在没有电流的情况下，峰值阻抗接近255MHz; 在电流为0.10 A 的情况下，峰值阻抗接近464MHz
通过检查包含在 REDEXPERT 的电流的铁氧体的性能，在设计时更容易找到一个更精确的阻抗值。
如何选择合适的铁氧体现在我们面临一个大问题: 如何选择合适的晶粒铁氧体？
答案是它取决于各种考虑，包括您的优先级和设计。在应用的基础上，重要的是要考虑噪声的频率范围，噪声的来源，所需的衰减量，环境，电路的电气参数，以及ーー正如你遇到的其他一切ーー空间和成本。
铁氧体选择示例在进入芯片珠铁氧体选择，第一步是检查什么类型的噪音，你正在处理。要做到这一点，你可以进行一个测试与钳上铁氧体，如果你应用钳上铁氧体的电缆和噪声没有降低，这可能是一个差别噪声的问题。
接下来，是时候确定铁氧体的必要阻抗了。例如，我们:

需要在感兴趣的频率，例如125兆赫的衰减20分贝

知道 ZIN，电源端口源阻抗是10Ω

知道 ZOUT，负载阻抗是10Ω

图7。片状磁珠铁氧体选择示例
从图表中，我们看到，在这个例子中，最小阻抗需要至少180Ω 在125MHz 有所需的20dB 衰减。这是基于公式

Wher
在哪里
衰减阻
A = 以分贝为单位的衰减
源阻抗
负载阻抗
通过 Wurth Elektronik 的在线工具 REDEXPERT，可以方便地评估和比较不同的铁氧体选项。REDEXPERT 允许您输入系统的详细信息并比较不同组件的性能。
要查找与示例匹配的选项，您需要输入以下值:

20 dB attenuation 衰减20分贝

Cut off frequency: 125 MHz 截止频率: 125兆赫

Z(IN): 10 Ω

10Ω

Z(OUT) :10 Ω

10Ω

然后，你将能够看到铁氧体匹配这些要求，如下所示。要进一步研究此示例的 REDEXPERT 结果，您可以在这里查看网站。

图8。 REDEXPERT 铁氧体选择

白纪龙老师从事电子行业已经有15个年头，到目前为止已开发过的产品超上百款，目前大部分都已经量产上市，从2018年开始花了5年的时间，潜心录制了上千集的实战级电子工程师系列课程，该课程从元器件到核心模块到完整产品
老白的初心是“愿天下工程师不走弯路”
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