噪声是高速电路的长期敌人。 无论是电源轨上的噪声还是电源 FET 的栅极噪声、噪声都可能导致不可预测的行为甚至无法修复的损坏。 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、然后介绍了在栅极驱动电路中使用铁氧体磁珠的位置、最后介绍了选择铁氧体磁珠时必须考虑的因素。
什么是铁氧体磁珠？
简而言之、铁氧体磁珠是指铁氧体周围的导线、铁氧体是具有磁性特性的陶瓷材料。 最简单的形式是铁氧体磁珠包含一根通过铁氧体空心磁珠插入的导线。 铁氧体磁珠的重要作用是它们在电路中的行为方式。 铁氧体磁珠表现出电阻、电容和电感属性的频率相关组合。 通常、在低频时、电感分量占主导地位、但随着频率接近谐振频率、铁氧体磁珠会变为电阻性。 在非常高的频率下、电容元件成为主要元件。 图1中显示了一个展示铁氧体磁珠谐振行为的等效电路模型。 在实践中、这意味着铁氧体磁珠允许某些信号以最小的效果传递、但会在较高频率下散发其他信号以发热。 这里需要注意的一点是、铁氧体磁珠实际上会耗散能量、而不是存储能量的电感器。 这样可以选择铁氧体磁珠、从而消除特定频率下的噪声。
图1：铁氧体磁珠等效电路
栅极驱动器应用中应如何使用铁氧体磁珠？
当用于减少开关栅极节点上的振铃和噪声时、铁氧体磁珠在栅极驱动应用中非常有用。 传统上、电阻器用于降低此栅极噪声、但使用电阻器意味着部分驱动信号也会耗散、从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。 下面的示波器捕获显示了在 栅极和输出之间没有铁氧体磁珠和铁氧体磁珠的栅极开关。 建议在电源开关的栅极上使用铁氧体磁珠以提高驱动电路的可靠性、尤其是在切换有噪声的 FET 时、例如上升时间较短或内部栅极电阻较低的 FET。 铁氧体磁珠可 与栅极电阻串联使用以获得最大优势、如 图4所示、并且应尽可能靠近 FET 放置。
图2：没有铁氧体磁珠时的栅极噪声
图3：铁氧体磁珠时的栅极噪声
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下的阻抗。
在这些应用中、铁氧体磁珠的目标是降低栅极噪声。 为此、需要在驱动频率下具有最小阻抗、在噪声频率下具有高阻抗。 通常、噪声将约为100MHz。 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。 该图应包括三条线、总阻抗(Z)、阻抗的电感分量(X)和阻抗的电阻分量(R)。 应选择铁氧体磁珠、以便在噪声频率下最大限度地提高电阻分量以消散尽可能多的能量、同时最大限度地减小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 的 MPZ1608S101铁氧体磁珠的示例图。 该铁氧体磁珠适用于许多栅极驱动应用、因为它在开关频率下具有低于1MHz 的极低阻抗、但从10MHz 开始具有高阻抗、并一直增加到300MHz。
图5：TDK MPZ1608数据表中的铁氧体磁珠阻抗示例图
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、因此最好选择饱和电流至少为预期峰值电流两倍的铁氧体磁珠、 例如3A、如果驱动电流通常预期为1.5A。由于饱和电流与温度相关、因此在选择铁氧体磁珠时务必考虑到这一点。
