磁芯

1引言

由于电磁兼容的迫切要求，电磁干扰(EMI)抑制元件获得了广泛的应用。然而实际应用中的电磁兼容问题十分复杂，单单依靠理论知识是完全不够的，它更依赖于广大电子工程师的实际经验。为了更好地解决电子产品的电磁兼容性这一问题，还要考虑接地、电路与PCB板设计、电缆设计、屏蔽设计等问题[1][2]。本文通过介绍磁珠的基本原理和特性来说明它在开关电源电磁兼容设计中的重要性与应用，以期为设计者在设计新产品时提供必要的参考。

2磁珠及其工作原理

磁珠的主要原料为铁氧体，铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料，铁氧体材料为铁镁合金或铁镍合金，它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似，颜色为灰黑色。电磁干扰滤波器中经常使用的一类磁芯就是铁氧体材料，许多厂商都提供专门用于电磁干扰抑制的铁氧体材料。这种材料的特点是高频损耗非常大，具有很高的导磁率，它可以使电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容最小。铁氧体材料通常应用于高频情况，因为在低频时它们主要呈现电感特性，使得损耗很小。在高频情况下，它们主要呈现电抗特性并且随频率改变。实际应用中，铁氧体材料是作为射频电路的高频衰减器使用的。实际上，铁氧体可以较好的等效于电阻以及电感的并联，低频下电阻被电感短路，高频下电感阻抗变得相当高，以至于电流全部通过电阻。铁氧体是一个消耗装置，高频能量在上面转化为热能，这是由它的电阻特性决定的。

对于抑制电磁干扰用的铁氧体，最重要的性能参数为磁导率和饱和磁通密度。磁导率可以表示为复数，实数部分构成电感，虚数部分代表损耗，随着频率的增加而增加。因此它的等效电路为由电感L和电阻R组成的串联电路，如图1所示，电感L和电阻R都是频率的函数。当导线穿过这种铁氧体磁芯时，所构成的电感阻抗在形式上是随着频率的升高而增加，但是在不同频率时其机理是完全不同的。在高频段，阻抗主要由电阻成分构成，随着频率的升高，磁芯的磁导率降低，导致电感的电感量减小，感抗成分减小，但是，这时磁芯的损耗增加，电阻成分增加，导致总的阻抗增加，当高频信号通过铁氧体时，电磁干扰被吸收并转换成热能的形式消耗掉。在低频段，阻抗主要由电感的感抗构成，低频时R很小，磁芯的磁导率较高，因此电感量较大，电感L起主要作用，电磁干扰被反射而受到抑制，并且这时磁芯的损耗较小，整个器件是一个低损耗、高品质因素Q特性的电感，这种电感容易造成谐振，因此在低频段时可能会出现使用铁氧体磁珠后干扰增强的现象[3]。

磁珠种类很多，制造商会提供技术指标说明，特别是磁珠的阻抗与频率关系的曲线。有的磁珠上有多个孔洞，用导线穿过可增加元件阻抗(穿过磁珠次数的平方)，不过在高频时所增加的抑制噪声能力可能不如预期的多，可以采用多串联几个磁珠的办法。

值得注意的是，高频噪声的能量是通过铁氧体磁矩与晶格的耦合而转变为热能散发出去的，并非将噪声导入地或者阻挡回去，如旁路电容那样。因而，在电路中安装铁氧体磁珠时，不需要为它设置接地点。这是铁氧体磁珠的突出优点[4]。

3磁珠和电感

3.1磁珠和电感的区别

磁珠由氧磁体组成，电感由磁芯和线圈组成，磁珠把交流信号转化为热能，电感把交流存储起来，缓慢的释放出去，因此说电感是储能元件，而磁珠是能量转换(消耗)器件。电感多用于电源滤波回路，磁珠多用于信号回路，磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰，而电感用于这方面则侧重于抑制传导性干扰。两者都可用于处理EMC、EMI问题。磁珠是用来吸收超高频信号，例如一些RF电路、PLL、振荡电路、含超高频存储器电路(DDRSDRAM，RAMBUS等)都需要在电源输入部分加磁珠，而电感是一种蓄能元件，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。地的连接一般用电感，电源的连接也用电感，而对信号线则常采用磁珠。

3.2片式磁珠与片式电感

3.2.1片式电感

在电子设备的PCB板电路中会大量使用感性元件和EMI滤波器元件，这些元件包括片式电感和片式磁珠。在需要使用片式电感的场合，要求电感实现以下两个基本功能：电路谐振和扼流电抗。谐振电路包括谐振发生电路、振荡电路、时钟电路、脉冲电路、波形发生电路等。谐振电路还包括高Q带通滤波器电路。要使电路产生谐振，必须有电容和电感同时存在于电路中。在电感的两端存在寄生电容，这是由于器件两个电极之间的铁氧体本体相当于电容介质而产生的。在谐振电路中，电感必须具有高品质因素Q，窄的电感偏差，稳定的温度系数，才能达到谐振电路窄带，低的频率温度漂移的要求。高Q电路具有尖锐的谐振峰值。窄的电感偏置保证谐振频率偏差尽量小。稳定的温度系数保证谐振频率具有稳定的温度变化特性。标准的径向引出电感和轴向引出电感以及片式电感的差异仅仅在于封装不一样。电感结构包括介质材料(通常为氧化铝陶瓷材料)上绕制线圈，或者空心线圈以及铁磁性材料上绕制线圈。在功率应用场合，作为扼流圈使用时，电感的主要参数是直流电阻(DCR，定义为元件在没有交流信号下的直流电阻)、额定电流和低Q值。当作为滤波器使用时，希望宽的带宽特性，因此并不需要电感的高Q特性，低的直流电阻(DCR)可以保证最小的电压降。

 

   引言

   电源装置，无论是直流电源还是交流电源，都要使用由软磁磁芯制成的电子变压器(软磁电磁元件)。虽然，已经有不用软磁磁芯的空芯电子变压器和压电陶瓷变压器，但是，到现在为止，绝大多数的电源装置中的电子变压器，仍然使用软磁磁芯。因此，讨论电源技术与电子变压器之间的关系：电子变压器在电源技术中的作用，电源技术对电子变压器的要求，电子变压器采用新软磁材料和新磁芯结构对电源技术发展的影响，一定会引起电源行业和软磁材料行业的朋友们的兴趣。本文提出一些看法，以便促成电源行业与电子变压器行业和软磁材料行业之间就电子变压器和软磁材料的有关问题进行对话，互相交流，共同发展。

   1电子变压器在电源技术中的作用

   电子变压器和半导体开关器件，半导体整流器件，电容器一起，称为电源装置中的4大主要元器件。根据在电源装置中的作用，电子变压器可以分为：

   1)起电压和功率变换作用的电源变压器，功率变压器，整流变压器，逆变变压器，开关变压器，脉冲功率变压器;

   2)起传递宽带、声频、中周功率和信号作用的宽带变压器，声频变压器，中周变压器;

   3)起传递脉冲、驱动和触发信号作用的脉冲变压器，驱动变压器，触发变压器;

   4)起原边和副边绝缘隔离作用的隔离变压器，起屏蔽作用的屏蔽变压器;

   5)起单相变三相或三相变单相作用的相数变换变压器，起改变输出相位作用的相位变换变压器(移相器);

   6)起改变输出频率作用的倍频或分频变压器;

   7)起改变输出阻抗与负载阻抗相匹配作用的匹配变压器;

   8)起稳定输出电压或电流作用的稳压变压器(包括恒压变压器)或稳流变压器，起调节输出电压作用的调压变压器;

   9)起交流和直流滤波作用的滤波电感器;

   10)起抑制电磁干扰作用的电磁干扰滤波电感器，起抑制噪声作用的噪声滤波电感器;

   11)起吸收浪涌电流作用的吸收电感器，起减缓电流变化速率的缓冲电感器;

   12)起储能作用的储能电感器，起帮助半导体开关换向作用的换向电感器;

   13)起开关作用的磁性开关电感器和变压器;

   14)起调节电感作用的可控电感器和饱和电感器;

   15)起变换电压、电流或脉冲检测信号的电压互感器、电流互感器、脉冲互感器、直流互感器、零磁通互感器、弱电互感器、零序电流互感器、霍尔电流电压检测器。从以上的列举可以看出，不论是直流电源，交流电源，还是特种电源，都离不开电子变压器。有人把电源界定为经过高频开关变换的直流电源和交流电源。在介绍软磁电磁元件在电源技术中的作用时，往往举高频开关电源中的各种电磁元件为例证。同时，在电子电源中使用的软磁电磁元件中，各种变压器占主要地位，因此用变压器作为电子电源中软磁元件的代表，称它们为“电子变压器”。

   2电源技术对电子变压器的要求

   电源技术对电子变压器的要求，像所有作为商品的产品一样，是在具体使用条件下完成具体的功能中追求性能价格比最好。有时可能偏重价格和成本，有时可能偏重效率和性能。现在，轻、薄、短、小成为电子变压器的发展方向，是强调降低成本。从总的要求出发，可以对电子变压器得出四项具体要求：使用条件，完成功能，提高效率，降低成本。

   2.1使用条件电子变压器的使用条件，包括两方面内容：

   可靠性和电磁兼容性。以前只注意可靠性，现在由于环境保护意识增强，必须注意电磁兼容性。可靠性是指在具体的使用条件下，电子变压器能正常工作到使用寿命为止。一般使用条件中对电子变压器影响最大的是环境温度。决定电子变压器受温度影响强度的参数是软磁材料的居里点。软磁材料居里点高，受温度影响小;软磁材料居里点低，对温度变化比较敏感，受温度影响大。例如锰锌铁氧体的居里点只有215℃，比较低，磁通密度、磁导率和损耗都随温度发生变化，除正常温度25℃而外，还要给出60℃，80℃，100℃时的各种参数数据。因此，锰锌铁氧体磁芯的工作温度一般限制在100℃以下，也就是环境温度为40℃时，温升必须低于60℃。钴基非晶合金的居里点为205℃，也低，使用温度也限制在100℃以下。铁基非晶合金的居里点为370℃，可以在150℃～180℃以下使用。高磁导坡莫合金的居里点为460℃至480℃，可以在200℃～250℃以下使用。微晶纳米晶合金的居里点为600℃，取向硅钢居里点为730℃，可以在300℃～400℃下使用。电磁兼容性是指电子变压器既不产生对外界的电磁干扰，又能承受外界的电磁干扰。电磁干扰包括可听见的音频噪声和听不见的高频噪声。电子变压器产生电磁干扰的主要原因是磁芯的磁致伸缩。磁致伸缩系数大的软磁材料，产生的电磁干扰大。铁基非晶合金的磁致伸缩系数通常为最大(27～30)×10-6，必须采取减少噪声抑制干扰的措施。高磁导Ni50坡莫合金的磁致伸缩系数为25×10-6，锰锌铁氧体的磁致伸缩系数为21×10-6。以上这3种软磁材料属于容易产生电磁干扰的材料，在应用中要注意。3%取向硅钢的磁致伸缩系数为(1～3)×10-6，微晶纳米晶合金的磁致伸缩系数为(0.5～2)×10-6。这2种软磁材料属于比较容易产生电磁干扰的材料。6.5%硅钢的磁致伸缩系数为0.1×10-6，高磁导Ni80坡莫合金的磁致伸缩系数为(0.1～0.5)×10-6，钴基非晶合金的磁致伸缩系数为0.1×10-6以下。这3种软磁材料属于不太容易产生电磁干扰的材料。由磁致伸缩产生的电磁干扰的频率一般与电子变压器的工作频率相同。如果有低于或高于工作频率的电磁干扰，那是由其他原因产生的。

自从iPhone选择在每年秋天发布新品，普通的9月对于果粉而言变得充满意义和惊喜，而根据最新泄露的iPhone8谍照来看，此次发布的iPhone十周年纪念版iPhone8在外观以及性能上都做出了革命性的改革。

其中，最让果粉津津乐道的全面屏设计和无线充电功能成为了还未发布的iPhone最大亮点，之前产业链供应商放出消息，今年的iPhone8将配备无线充电功能。比较有趣的是，苹果也已经加入了WPC无线充电联盟，所以QI无线充电应该是苹果的最终选择。

近日有媒体曝光了两张iPhone8的无线充电器谍照，其中PCB电路板为绿色风格，采用了市面上常见的单线圈架构，由A11圈铜线和磁芯组成。

等等！在为这革命性改革狂欢的时候，我好像听到了共享充电宝投资人的哭声！

2017年，被称为“共享充电宝”元年，而在小编看来，今年恐怕也将是“共享充电宝”卒年，而这种ToVC的融资节奏也终将被资本市场抛弃。

iPhone8搭载无线充电也将意味着未来手机发展新趋势。手机之父MartyCooper就曾说过，发明手机的最大缺陷就是必须为手机电池充电。也就是说，电池续航是智能手机发展的一大瓶颈。

众所周知，与无线充电技术相比，充电宝的技术门槛不高是大家有目共睹的事实。那么技术门槛更高、体验感更优越的无线充电设备是否有可能会取代充电宝，成为商家店铺内的标配呢？

而根据小编对市场上“共享充电”的了解，有部分市场先行者已经开始部署无线共享充电设备，刚刚登陆天津的麦当劳2.0未来餐饮已经提前部署了高大上的无线充电设备！

这家名叫锐悠科技（又称“全城充电”）的手机充电服务商，为商家提供定制化嵌入式无线充电产品，而天津麦当劳未来餐饮里的的无线充电就是来自于“全城充电”，不仅仅是天津，目前北京、深圳、香港的麦当劳餐厅均可以享受由“全城充电”提供的无线充电服务。

什么？！不爱吃麦当劳？！没事！在上海、南京、常州、合肥的必胜客餐厅也可以享受“全城充电”为各位食客提供的无线充电功能，一边吃饭一边充电，再也不用担心手机没电，再不不必担心没带充电宝出门，因为你已经不再需要笨重的充电设备！

据了解，目前锐悠科技不仅已落地香港，并且同时瞄准海外市场，在不久的将来，在韩国、印度和西班牙的用户也可以享受即来即充的无线充电服务。