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电源系统中铁氧体磁珠使用

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电源系统中铁氧体磁珠使用

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2019/04/02 16:20
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【摘要】:
过滤高频电源噪声并干净地分享相似电源供电轨(即混合信号 IC 的模拟和数字供电轨),同时在共享的供电轨之间保持高频 隔离的一种有效方法是使用铁氧体磁珠。
过滤高频电源噪声并干净地分享相似电源供电轨(即混合信号 IC 的模拟和数字供电轨),同时在共享的供电轨之间保持高频 隔离的一种有效方法是使用铁氧体磁珠。
 
铁氧体磁珠是无源器件,可在宽频率范围内过滤高频噪声。它在目标频率范围内具 有电阻特性,并以热量的形式耗散噪声能量。铁氧体磁珠与供 电轨串联,而磁珠的两侧常与电容一起接地。这样便形成了一 个低通滤波器网络,进一步降低高频电源噪声。
 
然而,若系统设计中对铁氧体磁珠使用不当,则会产生不利影 响。有一些例子可以说明:由于磁珠和去耦电容搭配用于低通 滤波而导致产生干扰谐振;直流偏置电流的依赖性导致磁珠的 EMI 抑制能力下降。正确理解并充分考虑铁氧体磁珠的特性后, 这些问题是可以避免的。
 
本文讨论系统设计人员在电源系统中使用铁氧体磁珠时的注意 事项,比如直流偏置电流变化时的阻抗与频率特性,以及干扰 LC 谐振效应。最后,为了解决干扰谐振问题,介绍了阻尼技术, 并比较了各项阻尼方法的有效性。
 
为演示铁氧体磁珠作为输出滤波器影响而采用的器件是一款 2 A/1.2 A DC-DC 开关调节器,具有独立的正输出和负输出 (ADP5071)。文中所用的铁氧体磁珠主要采用芯片类型表贴 封装。
 
铁氧体磁珠简化模型与仿真
 
铁氧体磁珠能够建模为一个由电阻、电感和电容组成的简化电 路,如图1a 所示。RDC对应磁珠的直流电阻。CPAR、LBEAD 和RAC分别表示寄生电容、磁珠电感和与磁珠有关的交流电阻(交流 磁芯损耗)。
 
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铁氧体磁珠可依据三个响应区域分类:感性、阻性和容性。查 看ZRX 曲线便可确定这些区域(如图1b 所示),其中Z 表示 阻抗、R 表示电阻、X 表示磁珠的电抗。为了降低高频噪声,磁 珠必须处于阻性区域内;电磁干扰 (EMI) 滤波应用尤其需注意 这一点。该元件用作电阻,可阻止高频噪声并以热量的形式耗 散。阻性区域出现在磁珠交越频率 (X = R) 之后,直至磁珠变为 容性的那一点为止。此容性点位置为容性电抗 (–X) 绝对值等于 R 的频率处。