最囉嗦全面的技術講解:磁珠是如何消耗能量的?跪不跪你看著辦!

Author: Jackie Long

大多數工程師都無法從本質上說明鐵氧體磁珠與電感的區別,首先想到的可能就是:

磁珠是儲能元件,磁珠是能量消耗元件。當然,還有其它方面的區別,但很容易可以預料到這些信息都是從網絡上獲取來的。

那磁珠到底是如何消耗能量的呢?恐怕能真正說明白的人不多!本文我們就來談談這個問題!

我們都知道,當導線有電流通過時,即會產生靜磁場,如下圖所示:

最囉嗦全面的技術講解:磁珠是如何消耗能量的?跪不跪你看著辦!導線周圍磁力線的方向可用"右手定則"來決定:

用右手握住導體,如果拇指的方向為電流流動的方向,則其它手指的指向即磁力線的方向(這個電流方向是指規定的電流方向,而不是電子流動的方向)。

磁場是含有能量的,但靜磁場是無法進行能量轉換的!我們只需要將一個閉合迴路的某個活動部分來回運動(切割磁力線)就能夠產生電流,因為穿過閉合迴路的磁通量已經發生了改變,如下所示:

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這就是著名的法拉地定律:只要穿過閉合電路的磁通量發生變化,移動的導體就會產生感應電動勢,則閉合電路中就有電流產生。這種現象稱為電磁感應現象,所產生的電流稱為感應電流。

上圖切割磁力線的方式與下圖是類似的,即閉合線圈左右移動切割導體產生的磁場,儘管靜磁場本身沒有磁通量的變化,但閉合線圈在移動時還是會有磁通變化量的存在。

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我們還有一個方法在閉合線圈中產生電流,就是使磁場發生變化,這樣就算閉合線圈不移動,交變磁場也會在閉合線圈產生磁通變化量,繼而產生感應電流,如下圖所示:

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高頻交流源變化越快,則產生的交變磁場變化也越快,相應的閉合線圈中產生的感應電流也相應越大。

一整塊鐵板本身也可以等效為一個閉合線圈,這樣在高頻交流產生的交變磁場在鐵板上產生感應電流(渦流電流),這種損耗稱為渦流損耗,如下圖所示:

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渦流產生的熱效應在很多場合都是有害的,但工業上利用這種渦流效應可以製成高頻感應電爐來冶煉金屬,如下圖所示:

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高頻交流源在線圈內激發出很強的高頻交變磁場,這時放在坩堝內被冶煉的金屬因電磁感應而產生渦流,釋放出大量的焦耳熱,從而使自身熔化,換言之,電能通過交變磁場轉換為熱能消耗掉了

磁珠也是利用同樣的原理製作而成的,如果把鐵板捲成一個圓柱形套在導體上,就形成了一個磁珠了,這麼說來用一個鐵戒指也可以當作磁珠了?呵呵!原理上真的可以,但是一根導體產生的磁通量實在是太小了,我們需要一種磁導率很高(相當於磁力線更容易通過,這與電流從低阻抗通道經過是類似的)的材料來收集導體周圍在磁場,從這個意義上來講,磁導率高的材料也有放大磁通量的好處,這樣當含有高頻噪聲成分的直流電流通過磁芯時,就如下圖所示:

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低頻或直流電流產生的低速變化或靜磁場,其產生的磁通變化量也比較小,在鐵氧體磁芯上幾乎不存在渦流損耗;而高頻噪聲電流在鐵氧體磁芯上產生的高速變化的交變磁場,並在磁芯中產生非常大的渦流(能量)損耗,如下圖所示:

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一些規格書中把磁珠的等效電路圖畫成下圖所示:

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這很容易誤導工程師理解磁珠的工作原理,以為磁珠是因為高頻時電阻很大而起到抑制高頻噪聲的作用。然而很明顯,如果需要磁珠能夠有效抑制某高頻分量,則該高頻信號通過磁珠時,磁芯中的渦流損耗應該是比較大的,亦即磁芯電阻率相對也應該比較小的(你可以理解為電阻較小),這與圖表上的阻抗值趨勢恰好是相反的,換言之,我們說磁珠阻抗越大,實際此時磁芯電阻率應該是越小的,這樣熱能量的消耗才會越大,只不過這種行為對於外部高頻信號表現出的阻抗比較大。

還有更多的所謂"經驗"項等著我們去討論,Let's Go!


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