应用于EMC的磁元件-磁珠篇 （下）
品慧电子讯上篇我们讲解了磁珠的基本参数，需要复习的小伙伴可以点击应用于EMC的磁元件-磁珠篇 （上）看一下，下篇我们将重点剖析一下调节滤波系统阻尼的方法及磁珠在直流偏置下的影响。
调节滤波系统阻尼的方法
本节介绍几种调节阻尼的方法，可用于降低谐振尖峰电平。JeffersonEco 在其文章中提出了三种方法 ：
图22 不同阻尼方法的频率响应
方法A 是在去耦电容路径上添加一个串联电阻，可抑制系统谐振，但会降低高频旁路有效性。方法B 是在铁氧体磁珠两端添加一个小数值并联电阻，这样也会抑制系统谐振。但是，在高频时滤波器的衰减特性会下降。下图显示了MPZ1608S101A 使用和不使用 10 Ω 并联电阻的情况下阻抗与频率的关系曲线。浅绿色虚线表示磁珠采用 10 Ω 并联电阻的总阻抗。磁珠阻抗和电阻组合大幅下降，并主要由 10 Ω 电阻决定。但是，采用 10 Ω 并联电阻时的 3.8 MHz 交越频率远低于磁珠自身在 40.3 MHz 时的交越频率。在低得多的频率范围内磁珠表现出阻性，可降低 Q 值，改善阻尼性能。
图23 (a) MPZ1608S101A ZRX 曲线 (b) MPZ1608S101A ZRX 曲线
当笔者将文献中描述的方法应用在 3.2 节的开关电源中，发现前两种方法并未能够降低0.6MHz 的噪声幅值，第三种方法可以有效降低所有高频谐波噪声。
图24 三种方式应用在 3.2 节开关电源中的效果
相较于 Jefferson Eco ，Ken Kundert 在其文章中不仅详细介绍了如何处理欠阻尼，并且给出了每种情况的计算方式。
图25 阻尼解耦网络的几种方法以及临界阻尼所需电阻的值
从上图中作者给出的四种方法中，不难看出均存在一定的缺陷，一定程度上牺牲了滤波插损或者信号电源能量。为此，作者补充了一种即满足 RCL 并联，也满足串联的阻尼调节方法。如下图所示，可以看出此方法与Jefferson Eco 描述的方法一模一样，不同的是 Ken Kundert 进一步给出了Rdamp,Cdamp,Cbyp三者间的关系，即
图26 为解耦网络提供阻尼的首选方法
由于实际电路中存在着诸多我们并不能够精确测量的分布参数，所以上面的方法并不总是有效，对于多数工程师来讲，并不太愿意去尝试。这里笔者提出一个简单粗暴的方法，即对于低频开关频率方面遇到的类似问题，可通过增加电感的方式滤除。感值应不小于 50uH，当然这个目标参数的设置并非一成不变。下图为在磁珠基础上增加一个电感，电感感值从 10uH 增加到 50uH 的结果，可以看到，当增加到 50uH 以后，所有谐波分量的噪声幅值均比初始无滤波电路时要低。
图27 在电路上增加电感来调节阻尼
因为占空比 50%为一个特殊情况，当把负载由初始的 10Ω 降低到 2Ω 时（模拟电路满载情况），此时占空比大约为 64%。此时的偶次谐波充分体现出来，增加电感在满载情况下依旧适用。而上面文献中提及的方法依旧会遇到低频超出初始值的情况。
图28 电源负载增加后调节感值的效果依旧
图29 采用文献提及的三种方法在重载情况下测到的传导噪声
磁珠在直流偏置下的影响
为电源应用选择正确的铁氧体磁珠不仅需要考虑滤波器带宽，还需考虑磁珠相对于直流偏置电流的阻抗特性。大部分情况下，制造商仅指定磁珠在 100 MHz 的阻抗并公布零直流偏置电流时的频率响应曲线数据手册。然而，将铁氧体磁珠用作电源滤波时，通过磁珠的负载电流始终不为零，并且随着直流偏置电流从零开始增长，这些参数也会随之迅速改变。随着直流偏置电流的增加，磁芯材料开始饱和，导致铁氧体磁珠电感大幅下降。电感饱和度根据组件磁芯所用的材料而有所不同。下图显示了两个铁氧体磁珠的典型直流偏置依赖情况。额定电流为 50%时，电感最多下降 90%。
图30 （a）直流偏置对磁珠电感的影响以及相对于直流偏置电流的曲线（b）采用TDKMPZ1608S101A 磁珠（c）采用 Wurth Elektronik742 792 510 磁珠
如需高效过滤电源噪声，则就设计原则来说，应在额定直流电流约 20%处使用铁氧体磁珠。如这两个示例所示，在额定电流 20%处，电感下降至约 30%（6 A 磁珠）以及约 15%（3 A 磁珠）。铁氧体磁珠的电流额定值是器件在指定升温情况下可承受的最大电流值，并非供滤波使用的真实工作点。
此外， 直流偏置电流的效果可通过频率范围内阻抗值的减少而观察到，进而降低铁氧体磁珠的有效性和消除 EMI 的能力。图 30b 和图30c 显示了铁氧体磁珠阻抗如何随直流偏置电流的变化而改变。只需施加额定电流的 50%，100 MHz时的有效阻抗就会从100Ω大幅下降至10Ω（TDKMPZ1608S101A，100Ω，A，0603），以及从70Ω下降至15Ω（WürthElektronik742 792 510，70 Ω，6 A，1812）。
参考文献
【1】 Jefferson Eco & Aldrick Limjoco-铁氧体磁珠揭秘.
【2】 Arthur B. Williams-模拟滤波器与电路设计手册.
【3】Ken Kundert-Power Supply Noise Reduction.
【4】Murata-Application Manual for Power Supply Noise Suppression and Decoupling for Digital Ics.
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