Author: Jackie Long

大多数工程师都无法从本质上说明铁氧体磁珠与电感的区别,首先想到的可能就是:磁珠是储能元件,磁珠是能量消耗元件。当然,还有其它方面的区别,但很容易可以预料到这些信息都是从网络上获取来的。

那磁珠到底是如何消耗能量的呢?恐怕能真正说明白的人不多!本文我们就来谈谈这个问题!

我们都知道,当导线有电流通过时,即会产生静磁场,如下图所示:

磁珠的变化率范围是多少(最啰嗦全面的技术讲解)(1)

导线周围磁力线的方向可用"右手定则"来决定:用右手握住导体,如果拇指的方向为电流流动的方向,则其它手指的指向即磁力线的方向(这个电流方向是指规定的电流方向,而不是电子流动的方向)。

磁场是含有能量的,但静磁场是无法进行能量转换的!我们只需要将一个闭合回路的某个活动部分来回运动(切割磁力线)就能够产生电流,因为穿过闭合回路的磁通量已经发生了改变,如下所示:

这就是著名的法拉地定律:只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,移动的导体就会产生感应电动势,则闭合电路中就有电流产生。这种现象称为电磁感应现象,所产生的电流称为感应电流。

上图切割磁力线的方式与下图是类似的,即闭合线圈左右移动切割导体产生的磁场,尽管静磁场本身没有磁通量的变化,但闭合线圈在移动时还是会有磁通变化量的存在。

磁珠的变化率范围是多少(最啰嗦全面的技术讲解)(2)

我们还有一个方法在闭合线圈中产生电流,就是使磁场发生变化,这样就算闭合线圈不移动,交变磁场也会在闭合线圈产生磁通变化量,继而产生感应电流,如下图所示:

磁珠的变化率范围是多少(最啰嗦全面的技术讲解)(3)

高频交流源变化越快,则产生的交变磁场变化也越快,相应的闭合线圈中产生的感应电流也相应越大。

一整块铁板本身也可以等效为一个闭合线圈,这样在高频交流产生的交变磁场在铁板上产生感应电流(涡流电流),这种损耗称为涡流损耗,如下图所示:

磁珠的变化率范围是多少(最啰嗦全面的技术讲解)(4)

涡流产生的热效应在很多场合都是有害的,但工业上利用这种涡流效应可以制成高频感应电炉来冶炼金属,如下图所示:

磁珠的变化率范围是多少(最啰嗦全面的技术讲解)(5)

高频交流源在线圈内激发出很强的高频交变磁场,这时放在坩埚内被冶炼的金属因电磁感应而产生涡流,释放出大量的焦耳热,从而使自身熔化,换言之,电能通过交变磁场转换为热能消耗掉了

磁珠也是利用同样的原理制作而成的,如果把铁板卷成一个圆柱形套在导体上,就形成了一个磁珠了,这么说来用一个铁戒指也可以当作磁珠了?呵呵!原理上真的可以,但是一根导体产生的磁通量实在是太小了,我们需要一种磁导率很高(相当于磁力线更容易通过,这与电流从低阻抗通道经过是类似的)的材料来收集导体周围在磁场,从这个意义上来讲,磁导率高的材料也有放大磁通量的好处,这样当含有高频噪声成分的直流电流通过磁芯时,就如下图所示:

磁珠的变化率范围是多少(最啰嗦全面的技术讲解)(6)

低频或直流电流产生的低速变化或静磁场,其产生的磁通变化量也比较小,在铁氧体磁芯上几乎不存在涡流损耗;而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(能量)损耗,如下图所示:

磁珠的变化率范围是多少(最啰嗦全面的技术讲解)(7)

一些规格书中把磁珠的等效电路图画成下图所示:

磁珠的变化率范围是多少(最啰嗦全面的技术讲解)(8)

这很容易误导工程师理解磁珠的工作原理,以为磁珠是因为高频时电阻很大而起到抑制高频噪声的作用。然而很明显,如果需要磁珠能够有效抑制某高频分量,则该高频信号通过磁珠时,磁芯中的涡流损耗应该是比较大的,亦即磁芯电阻率相对也应该比较小的(你可以理解为电阻较小),这与图表上的阻抗值趋势恰好是相反的,换言之,我们说磁珠阻抗越大,实际此时磁芯电阻率应该是越小的,这样热能量的消耗才会越大,只不过这种行为对于外部高频信号表现出的阻抗比较大。

还有更多的所谓"经验"项等着我们去讨论,Let's Go!

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