应用笔记 穿心磁珠的原理及应用

在之前的微信公众号文章《电子设备电磁干扰(EMI)的发生与对策》中，简单介绍了磁珠在EMI对策中的应用，本文将详细介绍穿心磁珠的作用原理及其应用。

一、穿心磁珠的原理

穿心磁珠也叫磁珠滤波器，是一种EMI噪音滤波器，主要用于抑制高频噪音。实物与电感相似，原理与电感基本一样，所以部分厂家会将穿心磁珠归类为电感。电感是一种储能器，对于抑制噪音的主要原理有点类似电网调节的“削峰填谷”，就是利用楞次定律来实现抑制噪音。电感在滤波应用的过程中会有铜损与铁损，所以当然也会有利用铁损来实现噪音的“削峰”。

穿心磁珠主要是靠磁心的铁损（磁滞损耗与涡流损耗）来实现滤波效果。电流流经磁珠会在磁珠内部形成磁场，当电流发生变化时，磁场随之变化。根据电磁感应原理，磁心内部（如红色截面）会产生电场，形成内部的涡流。磁心的内阻很大，这些涡流最终以热量的形式散发出去，实现了“削峰”式的滤波效果。同样的，穿心磁珠也存在微量电感，所以也会有微量的“削峰填谷”式的滤波效果。因此磁珠的指标单位是Ω，一般用在电源线或者信号线上以抑制高频噪音。如图1所示。

图1 穿心磁珠主要滤波原理

穿心磁珠的磁心一般采用镍锌铁氧体材质，也可使用非晶带材、纳米晶带材；形状多样，如单孔（RH）、双孔（RID）与六孔（R6H）；但用途也都是抑制噪音。穿心磁珠的安装方式主要分为插件式、贴片式，其中插件式的又分为立式与卧式。

二、穿心磁珠的主要用途

磁珠的主要用途是抑制二极管/MOS管反向恢复时产生的噪音。

如图2，DC-DC转换器中的开关电路。在该电路中，一般情况下流过二极管的电流不从阳极流向阴极。假设在正向电流流过二极管施加反向电压，常理来说二极管的电流会立即截停，但实际上二极管上会有短时间的很大的逆向电流。它被称为二极管的反向恢复特性，这个电流流动的时间被称为反向恢复时间。该回路是主电流回路，所以回路上的电阻在设计上要尽可能小，这也导致了反向恢复特性的短路电流缺少限制，会变成非常大，这也是二极管产生大损耗或产生大噪音的主要原因。

图2 DC-DC转换器中的开关电路

在开关电源中，开关晶体管（功率MOSFET）搭配二极管的反向恢复特性成为大的噪音主要原因。如果在二极管的引线中加入穿心磁珠，则可以形成线圈，可以抑制反向恢复特性的短路电流，减少噪音。高速二极管的反向恢复时间会有数纳秒，短路电流有时甚至会相差数十安培，为了抑制短路电流噪音，当然也可以加入电阻，但是如此一来就会产生很大的功率损耗及电压降，所以优先选择磁珠来抑制短路电流噪音的同时，不会造成无效的功率损耗及额外的电压降。

穿心磁珠不仅使用在电源线上，也可以在各种信号传输线路上使用，用作高频滤波器。

针对高频段的EMI解决方案，科达嘉推出了各种系列的穿心磁珠：RH系列，RHD系列，RID系列，RHV系列，SMB系列等，可以满足客户的插件式、贴片式的安装需求。

请参考如下科达嘉代表穿心磁珠。

图3 插件磁珠：RHR系列

图4 大电流贴片磁珠：SMB系列

更多详细型号信息请参考科达嘉官网：磁珠_CODACA科达嘉电子

三、总结

电子产品的高频化趋势，给电子产品带来小型化及节能化的同时，也带来了高频率的电磁兼容问题，而传统的电感产品在高频段的电磁干扰处理能力不尽如人意，为解决高频段的EMI问题，磁珠就应运而生。

为助力电子设备解决高频段的EMI问题，科达嘉开发了各种系列标准化的功率电感、共模电感的同时，也开发了各类结构的穿心磁珠。工程师可以根据设计的应用要求，访问科达嘉官网或者咨询科达嘉相关人员选择合适的科达嘉标准化的穿心磁珠。

审核编辑 黄宇