硬件学习笔记（器件篇）—— 磁珠与磁环

因为有这些差别，所有经常会让人们觉得他们并不是一类器件，但实际上他们的原理是一样的。我们使用磁珠是为了利用损耗消耗高频能量，所以如果我们理解了磁珠是如何消耗高频能量的，我们就能理解磁珠的工作原理。

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普通的晓学生

9834人浏览 · 2022-10-05 13:44:34

普通的晓学生 · 2022-10-05 13:44:34 发布

文章目录

一、磁珠和磁环的工作原理
二、磁珠的阻抗-频率曲线
三、磁珠的选型

一、磁珠和磁环的工作原理

磁珠

我们通常把磁珠和磁环放在一起说，因为他们本质都是电感，我们通常将电感和磁珠作比较，如下图
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因为有这些差别，所有经常会让人们觉得他们并不是一类器件，但实际上他们的原理是一样的。我们使用磁珠是为了利用损耗消耗高频能量，所以如果我们理解了磁珠是如何消耗高频能量的，我们就能理解磁珠的工作原理。

磁珠的模型如下
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电流流过导线，会围绕导线产生环形磁场，在导线上套上一个磁导率比较大的磁环，在磁环上就会有一个比较大的环形磁场B，如果电流是发生变化的，那么磁场B也是发生变化的。根据电磁感应定律，变化的磁场产生电场，并且这个电场是环形的电场，这时就会产生环形电流，也就是产生热量了，这就产生了涡流损耗。
出了涡流损耗，磁珠更多的是利用磁滞损耗来消耗能量。磁芯在外磁场的作用下，材料中的一部分与磁场方向相差不大的磁畴发生了弹性转动（外磁场去掉时可以恢复），一部分克服磁畴壁的摩擦发生刚性转动。因此，磁化时，送到磁场的能量包含两部分，一部分转化为势能，即去掉外磁化电流后，磁场能量可以返回电路，一部分克服摩擦使磁芯发热消耗掉，这就产生了磁滞损耗。
讲解电感时解释过，剩磁Br越大，磁畴的刚性转动越大，损耗就越大。总的来说，磁珠就是利用磁滞损耗和涡流损耗来工作的。
这两种损耗也叫铁损，也就是磁芯上产生的损耗。所以磁珠就是磁芯损耗大的电感。
磁珠的损耗与频率有关系，低频时，磁芯损耗很小，磁珠就是一个电感

磁环

磁环通常使用在导线上
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这个结构和磁珠的模型是一摸一样的，所以磁环套在导线上就相当于是一个磁珠。在线缆上套上磁环会对EMI有抑制作用，同时将线缆在磁环里多套几圈，效果会更好。这是因为多套几圈，每一圈线缆都在各自的磁环上产生磁通量，也就都会有损耗，总的损耗就更大了。

不过套上磁环后，有的效果反而更差了，这是因为磁珠本身还是一个电感，是有感性的，与寄生电容一起可能会产生噪音放大的情况。

小结

1、磁珠就是一个高频损耗比价大的电感，它利用的是磁芯的损耗
2、EMI磁环套上线缆=磁珠

二、磁珠的阻抗-频率曲线

磁珠的性能需要会看磁珠的阻抗-频率曲线，需要掌握三个内容。

磁珠阻抗-频率曲线的Z、R、X分别是什么意思，以及他们之间的关系
磁珠的等效电路模型各个参数的意义，并以TDK磁珠举例
了解厂家提供的Spice仿真文件，以及如何从文件中提取磁珠模型

磁珠阻抗-频率曲线的Z、R、X分别是什么意思，以及他们之间的关系

磁珠为两个引脚的原件，因为寄生参数的存在，有电阻、电容和电感。
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其中，电阻的阻抗为实数，电感和电容的阻抗为虚数，因此，总的来看，无论磁珠含有多少寄生参数，它的总阻抗都可以写成一个复数Z = R + jX。

在曲线中，Z为总阻抗的模值，R为总阻抗的实数部分，即为电阻。而X为电抗部分，也就是虚部。仔细看图，我们可能会发现一个问题，在频率大于某一个值的时候X会一直等于0吗？因为Z = R + jX，在后面的频率中Z不应该一直等于R吗？

实际上并没有，其实在后面的频率中，X并不为0，它是负值，表示磁珠此时整体呈容性，这个曲线纵坐标是从零开始的，X小于零只是没有画出来而已。

下图是村田的某款磁珠的阻抗-频率曲线，里面将X取了绝对值
在这里插入图片描述

在X=0的地方就是磁珠自谐振的频率点，在左侧磁珠整体呈感性，在右侧磁珠整体呈容性

磁珠的等效电路模型

在TDK官网上下载了MPZ1608系列磁珠的等效电路模型
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它由L1，C1，R1，R2分别构成

L1: 磁珠有线圈，存在电感
C1: 线圈与线圈之间，有寄生电容
R1: 磁芯有损耗
R2: 线圈的导线电阻

通过这个公式我们可以得到

根据公式，我们可以从上面的表中得到R1=470Ω，L1=8.6𝑢𝐻，C1=0.2583𝑝𝐹，R2=0.11Ω，因此我们可以绘制出阻抗-频率曲线，并将曲线和官方手册给出的曲线做对比。

我们可以看出，大致趋势是一样的，但是总体形状差的还是很大的，这是因为下图的简易模型还不够准确，不足以精确描述磁珠的特性，用来做定性分析还行，用来仿真就有较大误差。