草庐IT

硬件学习笔记（器件篇）—— 磁珠与磁环

普通的晓学生 2023-07-16 原文

文章目录

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

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

  • 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

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。

  1. 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
  2. 磁珠的等效电路模型各个参数的意义，并以TDK磁珠举例
  3. 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。

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

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。

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

从TDK官网上看到，它提供了两种SPICE仿真文件，分别是简易和详细的。


通过详细模型的文件计算出参数，绘制磁珠曲线，这时再与磁珠手册的曲线做对比。

所以，详细模型SPICE更准确。

再去看了一下村田的官网，以BLM03BD471SN1为例，它只有一个SPICE模型

所以，不同厂家的磁珠模型可能是不一样的

三、磁珠的选型

磁珠的选型主要看三个参数


除了要看标称阻抗，还要看阻抗-频率曲线，而且阻抗-频率曲线是更重要一些的，因为即使是标称阻抗相同的磁珠，他们的特性也会相差很大，如下图。

两种磁珠的标称阻抗都是120欧，但是他们的曲线是相差很大的，所以我们在选择磁珠时，一定要取看它的曲线。

磁珠的选型一般分为两种场景

  • 电源
  • 数据线
  • 电源一般选“矮胖”的线，它的特点就是在整个频率范围，它都有一定的阻抗值，也就是说，都有一定的滤波作用
  • 数据线一般选用“瘦高”的线，因为它要保留有用信号，然后去除高频信号，所以在有用信号的时候阻抗要比较低，然后在高频的时候阻抗要比较高

在电源上使用磁珠要注意电流对磁珠的影响

随着偏置电流的增大，磁性材料会出现饱和的特性，导致L降低，从而导致工作区域的偏移。这就会影响到噪声的抑制效果）

电源使用磁珠的例子

信号线使用磁珠的例子

磁珠曲线（供思考上面的案例）

本文为学习课程“硬件工程师练成之路”的笔记

磁环mdashxff0cxff0xff学习fpga开发硬件工程嵌入式硬件单片机

有关硬件学习笔记（器件篇）—— 磁珠与磁环的更多相关文章

  1. LC滤波器设计学习笔记（一）滤波电路入门 - 2

    目录前言滤波电路科普主要分类实际情况单位的概念常用评价参数函数型滤波器简单分析滤波电路构成低通滤波器RC低通滤波器RL低通滤波器高通滤波器RC高通滤波器RL高通滤波器部分摘自《LC滤波器设计与制作》，侵权删。前言最近需要学习放大电路和滤波电路，但是由于只在之前做音乐频谱分析仪的时候简单了解过一点点运放，所以也是相当从零开始学习了。滤波电路科普主要分类滤波器：主要是从不同频率的成分中提取出特定频率的信号。有源滤波器：由RC元件与运算放大器组成的滤波器。可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波（3、5、7）构成低阻抗旁路。无源滤波器：无源滤波器，又称

  2. CAN协议的学习与理解 - 2

    最近在学习CAN，记录一下，也供大家参考交流。推荐几个我觉得很好的CAN学习，本文也是在看了他们的好文之后做的笔记首先是瑞萨的CAN入门，真的通透；秀！靠这篇我竟然2天理解了CAN协议！实战STM32F4CAN！原文链接：https://blog.csdn.net/XiaoXiaoPengBo/article/details/116206252CAN详解（小白教程）原文链接：https://blog.csdn.net/xwwwj/article/details/105372234一篇易懂的CAN通讯协议指南1一篇易懂的CAN通讯协议指南1-知乎(zhihu.com)视频推荐CAN总线个人知识总

  3. 深度学习部署：Windows安装pycocotools报错解决方法 - 2

    深度学习部署：Windows安装pycocotools报错解决方法1.pycocotools库的简介2.pycocotools安装的坑3.解决办法更多Ai资讯：公主号AiCharm本系列是作者在跑一些深度学习实例时，遇到的各种各样的问题及解决办法，希望能够帮助到大家。ERROR:Commanderroredoutwithexitstatus1:'D:\Anaconda3\python.exe'-u-c'importsys,setuptools,tokenize;sys.argv[0]='"'"'C:\\Users\\46653\\AppData\\Local\\Temp\\pip-instal

  4. ruby - 我正在学习编程并选择了 Ruby。我应该升级到 Ruby 1.9 吗？ - 2

    我完全不是程序员，正在学习使用Ruby和Rails框架进行编程。我目前正在使用Ruby1.8.7和Rails3.0.3，但我想知道我是否应该升级到Ruby1.9，因为我真的没有任何升级的“遗留”成本。缺点是什么？我是否会遇到与普通gem的兼容性问题，或者甚至其他我不太了解甚至无法预料的问题？ 最佳答案 你应该升级。不要坚持从1.8.7开始。如果您发现不支持1.9.2的gem，请避免使用它们(因为它们很可能不被维护)。如果您对gem是否兼容1.9.2有任何疑问，您可以在以下位置查看:http://www.railsplugins.or

  5. ruby - 我如何学习 ruby​​ 的正则表达式？ - 2

    如何学习ruby​​的正则表达式？(对于假人) 最佳答案 http://www.rubular.com/在Ruby中使用正则表达式时是一个很棒的工具，因为它可以立即将结果可视化。 关于ruby-我如何学习ruby​​的正则表达式？，我们在StackOverflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/1881231/

  6. 深度学习12. CNN经典网络 VGG16 - 2

    深度学习12.CNN经典网络VGG16一、简介1.VGG来源2.VGG分类3.不同模型的参数数量4.3x3卷积核的好处5.关于学习率调度6.批归一化二、VGG16层分析1.层划分2.参数展开过程图解3.参数传递示例4.VGG16各层参数数量三、代码分析1.VGG16模型定义2.训练3.测试一、简介1.VGG来源VGG（VisualGeometryGroup）是一个视觉几何组在2014年提出的深度卷积神经网络架构。VGG在2014年ImageNet图像分类竞赛亚军，定位竞赛冠军；VGG网络采用连续的小卷积核（3x3）和池化层构建深度神经网络，网络深度可以达到16层或19层，其中VGG16和VGG

  7. 机器学习——时间序列ARIMA模型(四)：自相关函数ACF和偏自相关函数PACF用于判断ARIMA模型中p、q参数取值 - 2

    文章目录1、自相关函数ACF2、偏自相关函数PACF3、ARIMA(p,d,q)的阶数判断4、代码实现1、引入所需依赖2、数据读取与处理3、一阶差分与绘图4、ACF5、PACF1、自相关函数ACF自相关函数反映了同一序列在不同时序的取值之间的相关性。公式：ACF(k)=ρk=Cov(yt,yt−k)Var(yt)ACF(k)=\rho_{k}=\frac{Cov(y_{t},y_{t-k})}{Var(y_{t})}ACF(k)=ρk​=Var(yt​)Cov(yt​,yt−k​)​其中分子用于求协方差矩阵，分母用于计算样本方差。求出的ACF值为[-1,1]。但对于一个平稳的AR模型，求出其滞

  8. Unity Shader 学习笔记（5）Shader变体、Shader属性定义技巧、自定义材质面板 - 2

    写在之前Shader变体、Shader属性定义技巧、自定义材质面板，这三个知识点任何一个单拿出来都是一套知识体系，不能一概而论，本文章目的在于将学习和实际工作中遇见的问题进行总结，类似于网络笔记之用，方便后续回顾查看，如有以偏概全、不祥不尽之处，还望海涵。1、Shader变体先看一段代码......Properties{ [KeywordEnum(on,off)]USL_USE_COL("IsUseColorMixTex?",int)=0 [Toggle(IS_RED_ON)]_IsRed("IsRed?",int)=0}......//中间省略，后续会有完整代码 #pragmamulti_c

  9. Tcl脚本入门笔记详解（一） - 2

    TCL脚本语言简介•TCL（ToolCommandLanguage）是一种解释执行的脚本语言（ScriptingLanguage）,它提供了通用的编程能力：支持变量、过程和控制结构；同时TCL还拥有一个功能强大的固有的核心命令集。TCL经常被用于快速原型开发，脚本编程，GUI和测试等方面。•实际上包含了两个部分：一个语言和一个库。首先，Tcl是一种简单的脚本语言，主要使用于发布命令给一些互交程序如文本编辑器、调试器和shell。由于TCL的解释器是用C\C++语言的过程库实现的，因此在某种意义上我们又可以把TCL看作C库，这个库中有丰富的用于扩展TCL命令的C\C++过程和函数，所以，Tcl是

  10. ruby-on-rails - 这个 C 和 PHP 程序员如何学习 Ruby 和 Rails？ - 2

    按照目前的情况，这个问题不适合我们的问答形式。我们希望答案得到事实、引用或专业知识的支持，但这个问题可能会引发辩论、争论、投票或扩展讨论。如果您觉得这个问题可以改进并可能重新打开，visitthehelpcenter指导。关闭9年前。我来自C、php和bash背景，很容易学习，因为它们都有相同的C结构，我可以将其与我已经知道的联系起来。然后2年前我学了Python并且学得很好，Python对我来说比Ruby更容易学。然后从去年开始，我一直在尝试学习Ruby，然后是Rails，我承认，直到现在我还是学不会，讽刺的是那些打着简单易学的烙印，但是对于我这样一个老练的程序员来说，我只是无法将它

随机推荐