磁珠的工作原理

2021-01-13 硬體工程師煉成之路

磁珠在電路中也是用得非常多的，下面是一些經常會看到的知識點，或者說是經驗吧。

①電感的單位是亨H，磁珠的單位是歐姆Ω

②電感是儲存能量的，磁珠是通過發熱來消耗能量的

③磁珠是用來吸收超高頻信號，多用於信號迴路及EMC對策

不知道同志們想過沒有，這些結論是怎麼來的呢？要理解這些，就需要知道磁珠的工作原理，而知道了磁珠的工作原理，這些也就是理所當然的事情了。

 

磁珠的工作原理

總的來說，磁珠跟電感的原理基本是一樣的，很多廠家也把磁珠歸為電感一類。那麼他們的區別在哪兒呢？

先來看我們使用兩者器件的目的：我們一般使用電感，總希望他是理想電感，損耗越小越好。而我們使用磁珠，就是要利用其損耗，來消掉我們不需要的高頻分量。

我們先前有講過電感的損耗，分為銅損和鐵損，銅損指直流導通電阻，一般不會大。而鐵損就是指磁芯損耗了，主要包括磁滯損耗和渦流損耗。而這兩者主要與磁芯的材質種類有關。下面來看看磁珠是怎麼利用磁滯損耗和渦流損耗來工作的。

下面是最簡單的磁珠模型：

                       

電流流過導線，會產生圍繞導線的環形磁場，在導線上套上一個磁導率比較大的磁環，磁環內部就會有比較大的環形磁場B。如果電流是變化的，那麼磁場B也是變化的。根據電磁感應定律，變化的磁場產生電場，並且這個電場是環形的電場。如上圖所示，會在紅色截面上產生環形的電場。這是如果磁環的電阻率不是無窮大，那麼環形的電場就會產生環形的電流，也就是產生熱量了，這個損耗叫渦流損耗。

我們實際中常用的磁珠是上面這種貼片式結構的，一樣也是會有渦流損耗，道理跟上面差不多。

磁滯損耗如何理解呢？

磁芯在外磁場的作用下，材料中的一部分與外磁場方向相差不大的磁疇發生了『彈性』轉動，這就是說當外磁場去掉時，磁疇仍能恢復原來的方向；而另一部分磁疇要克服磁疇壁的摩擦發生剛性轉動，即當外磁場去除時，磁疇仍保持磁化方向。因此磁化時，送到磁場的能量包含兩部分：前者轉為勢能，即去掉外磁化電流時，磁場能量可以返回電路；而後者變為克服摩擦使磁芯發熱消耗掉，這就是磁滯損耗。

上圖為典型的磁滯曲線，從前面磁滯損耗的理解來看。剩磁Br越小，那麼磁疇的剛性轉動越少，損耗就越小。或者說磁滯損耗正比於磁滯回線包圍的面積。

關於磁珠的損耗，我請教過相關電感生產廠家，磁滯損耗佔大頭。

 

小結

其實，上面說的渦流損耗，磁滯損耗，在前幾期講電感，講磁芯時已經介紹過了，電感的損耗也是這些。電感和磁珠，本質上沒什麼區別。電感和磁珠的曲線，其實是差不多的，都是倒「V」型的

只不過因為使用目的的不同，電感我們一般讓其工作在感性區域，也就是遠離諧振頻率的頻段，因此，它的單位是H。而磁珠工作在阻性區域，也就是諧振頻率附近，因此他的單位是歐姆。

或者這麼說，電感和磁珠，如果用數學公式表示阻抗的話，都是Z=R+jX。

電感，工作在X遠大於R的頻段，也就是X佔大頭，此時X主要是感抗，那麼單位不就是亨了麼。既然X分量佔大頭，R分量很小，因為只有R才能消耗能量，那就主要是儲能的作用了。

磁珠，主要工作在R大於X的頻段，R佔大頭，那麼單位不就是歐姆了麼。因為X分量佔小頭，儲能很少，所以我們說磁珠主要是通過發熱消耗能量的。

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