磁珠的工程应用一

磁珠

主要失效机理是机械应力和热应力。作为导磁材料，磁珠磁环的脆性较强，在受到外部机械应力（如冲击、碰撞、PCB翘曲）的时候，磁珠本体易出现裂纹。因此磁珠和磁环的使用需要注意以下事项：

1.磁珠在PCB板上布局安装时，不得在直插接插件的3cm范围内，平插接插件不受此限制；

2.磁环在导线上安装后，需要进行固定，固定材料使用硅胶，热熔后粘接方式固定；

3.磁珠的失效机理之一是热失效，失效的原因是磁珠上通过了较大的电流，电流在磁珠的直流电阻Rdc上产生热耗（Q=I2*Rdc），热量较大不能及时被散掉，会导致磁珠整体受热不均匀，从而产生内应力导致出现裂纹，裂纹的出现，使导磁材料的导磁性能受到损伤，因此高频波动信号在导磁材料上的磁力线传输受到影响，使滤波效果变差。

磁珠使用的例子

示例一，单独使用磁珠：

电源额定电压3.3V、，负载要求供电电压最低不得低于3.0V，额定电流300mA，并且要求对于100MHZ、300mVpp的噪声，经过磁珠滤波后能达到50mVpp的水平，请问磁珠应如何选型？

解：

①、则对于100MHz的信号，300mV的噪声需要滤波后衰减到50mV，意即在磁珠上分压要达到250mV，假设负载RL=50Ω，如（图1）。则Rac/RL=250/50，其中RL=50Ω，得Rac=250Ω（在100MHz时）

②、电源额定电流300mA，降额系数按照0.75，则选择最小额定电流不低于300mA/0.75=400mA的磁珠；

③、IC要求电源电压最低不得低于3.0V，则磁珠上直流电阻Rdc上的最大压降须不大于0.3V，如（图2），即300mA*Rdc<0.3V，得Rdc<1Ω。

④、综上计算，得出为满足题目要求的条件，需选择磁珠指标符合以下要求：Rac≥250Ω（在100MHz时）、额定电流不低于400mA、Rdc<1Ω。

 

明确了磁珠的指标，那如何从磁珠规格书中来拿到这些数据呢，这是工程实操中比较关键的步骤，因为大部分磁珠的规格书只有一条特征曲线，那么就需要工程师能够通过特征曲线对磁珠进行建模并仿真，以确定是否能满足设计需求。

 

把结果放上来，

• 仿真拓扑

 

 

• 噪声时域分析结果，绿色为模拟的噪声，红色为磁珠之后负载上检测到的噪声，~30mV Vpp。

 

•  直流时域分析结果，绿色为电源电压，这里小于3.3V是因为考虑了电源的内阻，红色为磁珠之后负载上检测到的直流电压，大于3V。

 

 

从结果来看，均满足了设计的要求，那么如何看待这个仿真结果？

实际上这样的仿真，对于设计初期，PCB Layout出来之前，器件的选型还是有很强的指导意义，但客观地讲，距离真实的状态还是有较大的差距，因为忽略了PCB layout走线，过孔等各种寄生参数的影响，因此不再对当前原理性的仿真做详细地分析。

既然如此，如何考虑PCB寄生参数的影响？如果厂家不提供S参数或等效电路（上面仿真用的大厂的磁珠，仿真模型丰富），只有一个特征曲线该怎么办？当磁珠配合电容做滤波使用时需要怎么设计？配合电容使用又会有哪些问题，比如会不会谐振等等？这些都可以通过仿真来发现并解决，接下来，会通过四篇文章来介绍如何处理这些问题。