在成品电路板上,我们会看到一些导线或元件的引脚上套有黑色的小磁环,这就是本文要介绍的磁珠。磁珠的全称为铁氧体磁珠滤波器(另有一种是非晶合金磁性材料制作的磁珠),是一种抗干扰元件,滤除高频噪声效果显著。
铁氧体材料的特点是高频损耗非常大,具有很高的导磁率,使电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容较小。当磁珠中有电流穿过时,铁氧体对低频电流几乎没有什么阻抗,而对较高频率的电流会产生较大的衰减。
对于抑制电磁干扰用的铁氧体,较重要的性能参数为磁导率μ和饱和磁通密菳s。它的等效电路为一个电感和一个电阻串联,两个元件的值都与磁珠的长度成比例。当导线穿过这种铁氧体磁芯时,所构成的电感阻抗是随着频率的升高而增加。高频电流在其中以热量形式散发。
为什么要设置抗干扰磁环?电脑机箱内的主板、CPU、电源、及IDE数据线都工作于很高的频率状态下,所以导致机箱里存在着大量的空间杂散电磁干扰信号,而信号强度也是机箱外的数倍至数十倍!没有磁环的USB线在这个空间内没有采取屏蔽措施,那么这些USB线就成了很好的天线,接收周围环境中各种杂乱的高频信号,而这些信号叠加在本来传输的信号上,甚至会改变原来传输的有用信号,容易出现问题。
为了提高传输速率及稳定性,也为了减小传输线在传送数据时对其他设备,如声卡的干扰,设计了静电屏蔽层,这个屏蔽层是由一个较薄的金属箔片或者是多股细铜丝编织成网状做成,磁环应用的是静电场的表面效应原理,也就是将数据传送线的外表面包上一层金属膜,并将这个屏蔽层与机箱进行接地,就可以很好地将数据线与空间干扰信号隔离!
磁珠抑制开关噪声属于主动抑制型。通常噪声滤波器只能吸收已发生的噪声,属于被动抑制型。磁珠则能抑制开关噪声的产生,属于主动抑制型。磁珠可广泛用于高频开关电源、录像机、电子测量仪器、以及各种对噪声要求非常严格的电路中。 不同的铁氧体抑制元件,有不同的抑制频率范围。通常磁导率越高,抑制频率越低。此外,铁氧体体积越大,抑制效果越好。{}在体积一定时,长而细的形状比短而粗的抑制效果好,内径越小抑制效果也越好。但在有直流或交流偏流的情况下,还存在铁氧体饱和的问题,抑制元件横截面越大,越不易饱和,可承受的偏流也越大。
现在软磁铁氧体产品,高技术领域应用占22%,如数字通信、电磁兼容(EMC)、射频宽带、抗电磁干扰(EMI)、高清显示、汽车电子。传统中低档产品领域应用占78%,如电视机、电源适配器、电子镇流器、普通开关电源变压器、天线棒。
目前中国钕铁硼磁体应用情况如下,高技术产品领域的应用占37%,如核磁共振成像仪(MRI)、手机振动、硬盘驱动器音圈(VCM)、光盘(DVD、CD-ROM)驱动器主轴、电动工具、电动车。传统中低档产品领域的应用占63%,如音响器件、磁吸附器件、磁选器、磁化器。
软磁铁氧体用的原材料主要是氧化铁、四氧化三锰、氧化镁、氧化镍和氧化锌等。中国的四氧化三锰的质量和产量除能满足国内软磁铁氧体需求外,还出口;氧化镁、氧化镍和氧化锌辅助材料也能满足中国软磁铁氧体发展需要。但占软磁铁氧体70%的主要原料氧化铁,无论在质量和数量上都不能满足日益发展的中国软磁铁氧体需要,还需进口。现在的问题是随着中国钢铁行业的发展,氧化铁原材料不是制约因素,问题是辅助原材料锰、锌、镍和稀土钕等的价格上升,制约磁性材料发展。