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应该如何使用铁氧体磁珠,如何为栅极驱动电路选择铁氧体磁珠? [复制链接]

噪声是一直困扰高速电路的难题。无论是电源轨上的噪声还是功率 FET 的栅极噪声,都可能导致异常,乃至不可修复的损坏。铁氧体磁珠是工程师应对此类噪声的工具之一。本常见问题解答首先介绍了铁氧体磁珠及其工作原理,然后介绍了铁氧体磁珠在栅极驱动电路中的安装放置,最后介绍了选择铁氧体磁珠时必须考虑的因素。

 

铁氧体磁珠是什么?


简而言之,铁氧体磁珠是一根由铁氧体(一种具有磁性的陶瓷材料)包围的导线。最简单的铁氧体磁珠由一根穿过铁氧体空心磁珠的导线组成。铁氧体磁珠的重要作用体现在它们在电路中的行为。铁氧体磁珠的电阻、电容和电感特性与频率相关。通常,在低频下,电感分量占主导,但随着频率接近谐振频率,铁氧体磁珠会呈现阻性。在极高的频率下,电容分量成为主导。图 1 显示了一个等效电路模型,用于演示铁氧体磁珠的谐振行为。在实践中,这意味着铁氧体磁珠允许某些信号通过且产生很小的影响,但在较高的频率下会耗散其他信号并发热。这里需要注意的一点是,铁氧体磁珠实际上会消耗能量,与存储能量的电感器相反。因此可选择铁氧体磁珠来消除特定频率下的噪声。

 

image.png  

图 1:铁氧体磁珠等效电路

 

 


应如何在栅极驱动器应用中使用铁氧体磁珠?


铁氧体磁珠非常适合在栅极驱动应用中用于减少开关栅极节点上的振铃和噪声。以前,电阻器一直用于降低栅极噪声,但使用电阻器也会消散部分驱动信号,而降低开关速度并导致损耗。可以选择铁氧体磁珠来消除噪声,而不会显著影响驱动信号,从而使功率晶体管的开关行为保持不变。下面的示波器图形显示了在栅极和输出之间未采用铁氧体磁珠和采用铁氧体磁珠时的栅极开关。建议在开关管的栅极使用铁氧体磁珠来提高驱动电路的可靠性,尤其是在开关有噪声 FET(例如具有快速上升时间或低内部栅极电阻的 FET)时。铁氧体磁珠可与栅极电阻器串联使用,以提供更大优势,如图 4 所示,并应尽可能靠近 FET 放置。

 

image.png  

图 2:未采用铁氧体磁珠时的栅极噪声

 

image.png  

图 3:采用铁氧体磁珠时的栅极噪声

 


  image.png  

图 4:铁氧体磁珠放置

 

应如何选择铁氧体磁珠?


在为栅极驱动应用选择铁氧体磁珠时,需要考虑两个主要因素:饱和电流和目标频率的阻抗。

 

在这些应用中使用铁氧体磁珠的目标是降低栅极噪声。为此,最好在驱动频率下具有超小阻抗,在噪声频率下具有高阻抗。  通常,噪声将在 100MHz 左右。要选择合适的铁氧体磁珠,需要查看器件数据表上的频率与阻抗关系图。该图应包含三条线,总体阻抗 (Z)、阻抗的电感分量 (X) 和阻抗的电阻分量 (R)。选择的铁氧体磁珠应在噪声频率下更大限度提高电阻分量以消散尽可能多的能量,同时更大限度地降低开关频率下的总体阻抗,以防止不必要的损耗。图 5 显示了 TDK 中 MPZ1608S101 铁氧体磁珠的示例图。这种铁氧体磁珠适用于很多栅极驱动应用,因为它在开关频率下的阻抗非常低(低于 1MHz),但在 10MHz 至 300MHz 的频率下具有高阻抗。

 

image.png  

图 5:TDK MPZ1608 数据表中的铁氧体磁珠阻抗图示例

 

必须考虑的第二个因素是饱和电流。铁氧体磁珠的性能在很大程度上取决于饱和电流,因此选择的铁氧体磁珠最好是饱和电流至少为预期峰值电流的两倍(例如,如果驱动电流通常为 1.5A,则饱和电流为 3A)。由于饱和电流取决于温度,因此在选择铁氧体磁珠时,请确保将这一点考虑在内。

此帖出自电源技术论坛

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一粒金砂(中级)

这个知识点不错,谢谢分享


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纯净的硅(初级)

非常仔细的分析,好文章!

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个人签名چوآن شـين

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铁氧体磁珠是不是有一种带金属外壳的?

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[attachimg]580648[/attachimg][attachimg]580650[/attachimg]    文中说的MPZ1608 不同材质有不同的特性表现如下[attachimg]580651[/attachimg]    详情 回复 发表于 2021-12-29 11:18
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没有什么不可以,我就是我,不一样的烟火! 


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annysky2012 发表于 2021-12-28 21:02 铁氧体磁珠是不是有一种带金属外壳的?

image.png image.png    

文中说的MPZ1608 不同材质有不同的特性表现如下 image.png  

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学习了,很赞  详情 回复 发表于 2021-12-29 22:47

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qwqwqw2088 发表于 2021-12-29 11:18     文中说的MPZ1608 不同材质有不同的特性表现如下  

学习了,很赞

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没有什么不可以,我就是我,不一样的烟火! 


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一粒金砂(初级)

分析比较详细

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