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磁珠模型以及阻抗頻率曲線是怎么來的

電子設計 ? 來源:電子設計 ? 作者:電子設計 ? 2020-12-24 12:54 ? 次閱讀

下面是一個典型的磁珠的頻率曲線,我們所看到的大多數廠家的磁珠規格書,曲線基本都是這樣的。

我們知道,Z表示阻抗,R表示電阻,X表示電抗。那么這三者是什么關系呢?

他們應該滿足公式:Z=R+jX。

然而我們卻發現,上圖中,在頻率比較大時,X=0,這樣的話不應該Z=R嗎?可是曲線又沒有重合,這是為什么呢?到底是公式出了問題還是別的什么原因呢?

曲線問題還是公式問題?

先說結論:隨著頻率的增大,X會逐漸減小到0,此時對應頻率為自諧振頻率,后續隨頻率增大,X為負數,也就是呈容性,上面曲線是廠家沒有畫出自諧振頻率之后的X而已,其并不等于0。

上面這個結論,我并不是隨口一說,我是有去查過的。

前面的圖對應的是TDK的MPZ1608B471ATA00磁珠曲線,圖片是從這個規格書中截出來的。去其官網頁面,也有這個磁珠的曲線

官網頁面上面的頻率曲線為下圖,我直接把兩種圖放到一起對比下

可以看到,兩者基本是一致的,只不過是網頁中的曲線,畫出了卸載頻率之后的,也就是X為負數的那一部分。那么新的問題又產生了,為啥大部分廠家都不畫出為負數的那一部分呢?

這個問題我也不清楚,只能是猜測磁珠一般工作頻率不會應用到那么高,畫不畫也就無所謂了,不過這個解釋比較牽強。

并且,我們如果上村田去查磁珠曲線,它們家的X都是正的,X應該是取得絕對值大小。

下面來看看磁珠曲線是怎么來的吧。

磁珠的模型

磁珠的模型分為簡單的模型和復雜的模型,簡單的模型也可以從TDK網上下載出來,網址還是上面那個。

我們在頁面中點擊“等效電路模型”,就可以得到磁珠的簡易電路模型的pdf文檔,以及該系列磁珠的各種參數。

而根據這個模型,總的阻抗Z的表達式:

化成實部和虛部的表達式就是:

對應到Z=R +jX里面

MPZ1608B471ATA00的參數從pdf文檔中知道,R1=470Ω,L1=8.6uH,C1=0.2583pF,R2=0.110Ω。

編寫Matlab代碼:

C1=0.0000000000002583; %0.2583pFL1=0.0000086; %8.6uHR1=470; %470ΩR2=0.11; %DCR:0.110Ωf=[1000000:100000:10000000000]; %1Mhz-1Ghzw=(f.*pi*2);R=R2+(w.^2.*R1*L1^2)./((1-w.^2*L1*C1).^2*R1^2+w.^2*L1^2);X=w.*L1*R1^2.*(1-w.^2*L1*C1)./((1-w.^2*L1*C1).^2*R1^2+w.^2*L1^2);Z=(R.^2+X.^2).^0.5;figure;semilogx(f,Z,'g',f,X,'r',f,R,'b');legend('Z','X','R');grid on;set(gca, 'XTickLabel' ,{'1M','10M','100M','1G','10G'});xlabel('頻率'), ylabel('|阻抗Ω|');title '磁珠阻抗-頻率曲線';axis([1000000 10000000000 0 500]);

我們使用Matlab畫出曲線,并與規格書中曲線做對比,如下圖:

兩者對比,規格書的原圖與Matlab繪制的大致趨勢是一樣的,諧振頻率也相同,不過總體形狀還是差挺大的。那為什么會這樣呢?

這個磁珠的模型稱為簡易模型,既然是簡易的,那就有更復雜的,復雜的我沒找到具體的電路模型,但是TDK給出了SPICE NETLIST,我們可以看出一些端倪。

我分別下載下來簡易模型和復雜模型的SPICE NETLIST(還是上面那個網址,在下載pdf的地方),使用txt分別打開文件。

可以看到,簡單模型里面只有C1,L1,R1,R2。而復雜模型就復雜多了,C有兩個,L有7個,R有9個。

可以想象到的是,復雜模型的各種寄生參數更多,也更符合實際的器件。料想規格書中的曲線應該是從復雜模型得出來的。

小結

本文主要說了磁珠的模型,以及阻抗頻率曲線是怎么來的。

審核編輯:符乾江
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