
我们知道电感和磁珠在功能上的主要区别在于:电感是储能元件而磁珠是耗能元件。那凭啥磁珠是耗能元件呢?它们在结构或工作原理上有很大的差别么?还有磁珠它有电感吗?
我们带着这几个疑问,来看下外形相差不大的:叠层片式电感器和磁珠的差别。
MLCI(MultiLayer Chip Inductor):用铁氧体浆料(软磁铁氧体陶瓷)和导体浆料交替印刷、叠层、烧结,形成闭合磁路;MLCI采用了厚膜多层钝化技术和叠层生产工艺,实现了超小型表面安装(制造工艺同MLCC类似)。具体结构如下图所示,叠层片式电感一般尺寸小、便于安装和电路小型化,所以在单板电源滤波电路中应用非常广泛。
——其中铁氧体是Fe2O3、NiO、ZnO、CuO等多种氧化物构成陶瓷材料,经烧结的铁氧体硬度高,磁导率高,电阻率高;铁氧体电感器中氧化物比例不同,可获得磁导率不同,使用磁导率不同的铁氧体制成形状尺寸、工作频段不同的电感器,在不同频段并保持较低的能量损耗。
叠层片式电感器的特点:
MLCB(MultiLayer Chip Bead):叠层片式磁珠是叠层片式电感器的一种,其制作工艺和片感完全相同;主要用于消除存在于传输线路中的高频噪声。磁珠主要原料为铁氧体,高频噪声电流在铁氧体磁芯上产生的高速变化的交变磁场,并在磁芯中产生非常大的涡流损耗。
——磁珠铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料,高频损耗非常大,具有很高的磁导率,会因通过电流过大而磁芯产生磁饱和,从而磁导率急剧下降,线圈绕组之间在高频情况下产生的电容最小。
磁珠工作原理如下图所示:导线中的高频交变电流(高频噪声)产生了变化的磁场,同时变化的磁场又会产生涡流电场(电场与磁场垂直),如果磁芯的电阻较小,那么P = /R,就会产生较大的涡流损耗,从而将特定频段的噪声以热能的形式释放掉。
磁珠和电感器在结构上没有本质性的不同,从抑制干扰的机理(不同频率)来说,两者明显是不同的:电感是将干扰反射回干扰源,磁珠是将特定频率信号干扰吸收(发热消耗)掉。内部结构如下图所示。其制造工艺和机械性能与陶瓷电容相似,颜色为灰黑色。
——如下左图等效电路所示:磁珠在低频段并非是电阻,会呈现电感特性,所以在磁珠和电容组成的型滤波设计中,需注意避免产生LC振荡。
磁珠就器件结构本质来说也是电感器的一种,只是所使用的磁芯材料与电感器有所不同;磁珠更加侧重于对某一频段噪声的吸收,所以磁珠就其功能来说是耗能元件,更类似于电阻器。电感器重点关注的参数是:电感量(L),品质因数(Q),自谐振频率(SRF);而磁珠关注的参数是:阻抗(Z),电抗(XL),电阻(R)。电感器和磁珠随频率的参数变化,如下图所示。
——对于电感器来说:Q值随着频率的增加而增加,直到自谐振频率点(SRF)时Q = 0,与上章电感器原理分析章节一致;但对磁珠来说:其感抗先随频率的增加而增加,但达到一定频率后(例如>50MHz)由于涡流损耗的增加,表现出来的阻性占到主要作用,所以磁珠应用与电路噪声频段强相关。
叠层片式电感器和磁珠的对比差别如下:
——电感器用在LC振荡电路、中低频的滤波电路等,其应用频率范围很少超过50MHz;磁珠用来吸收超高频信号。
绕线片式电感器如下右图所示,我们看到其内部是:磁芯+线圈绕组的结构,外部通过塑料外壳保护或直接裸露;可以看到绕线片式电感器的磁路是不闭合的,但其寄生电容小,Q值高,稳定性好,常应用于中高频电路。
——如上章所述,所谓闭磁路指的是整个闭合磁路都由磁性材料组成,环形磁芯就是典型的闭磁路;开磁路指的是磁路中有明显的空气间隙,简称气隙(如U型磁芯);闭磁路磁阻很小,B-H磁化曲线非线性比较明显;开磁路(气隙磁芯)磁阻较大,但是磁化曲线线性比较好。
