世界首款应用于尖峰电流的SMD磁珠-电源噪声抑制用多层磁珠
感性贴片铁氧体磁珠是采用丝网印刷工艺设计的，目的是为了滤波器应用中尽可能高的滤波损耗。它由镍锌铁氧体混合物组成，并有着几微米厚度的、性能优越的叠加内银层。这种结构使得传统的SMD铁氧体磁珠在超过最大额定电流负载和某些特殊情况下变得更加脆弱，从而可导致元件的退化或直接损坏。
A Chip Bead Ferrite has inductance that is established using a screen printing process. This is optimised for as high as possible losses for use as filter. Therefore, it consists of a nickel-zinc-ferrite mixture and a very fine superimposed inner silver layer with thickness of a few micrometres. This structure makes the classic SMD ferrite more vulnerable for current spikes above the maximum rated current load and in special cases results in degenerative or also immediate destruction of the component.
作者：Würth Elektronik公司Markus Holzbrecher
图1所示是一个典型的应用案例，其中多层铁氧体用作电路输入端的纵向滤波器。由于电容器的导通电阻较低，在电源开通时会产生一个时间很短的高电流脉冲，这个超过最大额定电流许多倍的瞬态脉冲电流会多次加载到SMD铁氧体磁珠上。
在这个案例中所采用的多层铁氧体是由Würth Elektronik eiSos所设计并优化的多层电源抑制磁珠（MPSB），其在2.1 A的最大允许额定电流负载时具有600Ω的阻抗。直到被降低到电路的额定电流前，该产品的单次峰值电流约为19 A，且总脉冲长度为0.8ms。
图1：在开通时伴有峰值电流的应用（5 A / DIV | 100 μs / DIV）。
一般情况下对于SMD铁氧体磁珠而言，其最大额定电流也定义为瞬态下的最大电流幅值。然而采用脉冲负载定义、多层铁氧体的全新WE-MPSB系列产品，可以提供数据表中的峰值电流。
应用背景
各种开关模式下电源和电机导通等情况下，峰值电流会频繁出现，特别是那些有脉冲反复出现的应用，如车辆中的挡风玻璃雨刷电机中。灯具的镇流器在灯的导通时也会产生高峰值电流。特别是开关电源中的输入电容器会产生很高的峰值电流，且其前端EMC滤波器必须去承受。这些情况下脉冲被理解为暂态电流峰值，在完全降低到电路的DC电流之前，其时间限制在8ms以内。在为测量SMD铁氧体的脉冲负载能力寻找一个共同标准时，参考保险丝的熔化积分定义发现了合适的方法。根据标准，施加于保险丝的脉冲持续时间为8ms，以给出时间来加热保险丝来测定保险丝的I²t值。如果保险丝能承受，那么在电流大到足以导致保险丝损坏之前，电流持续增加。但在这样测试时，脉冲之间需要停顿10s，给元件恢复（冷却）提供所需的时间。Würth Elektronik eiSos已经基于保险丝标准开发了一种适用测试多层铁氧体磁珠的流程规范。基于这个8ms脉冲，从1 A开始的迭代增加脉冲电流来给元件加载，在多层铁氧体磁珠上的脉冲电流不断增加，直到铁氧体磁珠损坏。图2所示的矩形脉冲为这个负载测试实验中的脉冲形状，在脉冲持续期间元件具有尽可能多的能量，虽然在此种现象在实际应用中不太常有。
图2：开通时可能出现的脉冲形状。
脉冲强度
与保险丝比较，为多层SMD铁氧体定义一个利用熔体积分演算出可以得出不同脉冲长度下各种电流峰值的通用公式是不可能的。
下面采用了产品742 792 206 01中的示例来作为解释多层铁氧体的熔体积分的非适用性的例子（Z = 600 Ω，IR = 2.1 A，RDC典型值 = 43 mΩ）。
在脉冲长度为8毫秒时，WE-MPSB的最大峰值电流负载能力为8 A，这意味着其I²t值高达2.592 A²ms（18 A @ 8ms（5秒停顿，24℃）I²t = 2.592 A²s）。
如果在2ms的电流脉冲长度时基于8ms的I²t值进行计算，那么就可以得到了以下结果：
然而，图3中的数据表中显示定义电流的最大值为24 A。
显然，I²t计算值偏离了实际测量值。因此，由于SMD铁氧体的运行机制不同于保险丝，不可能对多层铁氧体采用已知的熔体积分I²t计算。
图3：规定的电流峰值负载能力。
优化的WE-MPSB
由于其银层厚度只有8 - 20μm，多层铁氧体磁珠并不是为高脉冲电流应用进行设计的。Würth Elektronik eiSos已经开发出一种全新的、完美融合大电流，RDC减小75%且其高阻抗能够覆盖完整频谱的优化产品。根据阻抗和电流水平，优化的设计使得其可以应用于各种产品中.
脉冲强度的定义
采用产品742 792 206 01中的案例，我们可以更详细说明脉冲强度的定义。
如图5a所示的电流/脉冲曲线显示了各自测试脉冲长度下最大允许峰值电流，其中测试范围涵盖0.5ms至8ms脉冲长度的时间范围。这条曲线是对产品分别测量的，所有前提是只允许单次脉冲。
图4：电流对脉冲长度和脉冲数的依赖性。
针对重复脉冲的最大允许脉冲电流的考虑可参见图4b，并可以使用数据表中的第二条曲线。这条曲线是针对重复脉冲的最大峰值电流的极限值考虑的,测定这条曲线选择了8ms的最大脉冲长度。
Tnttri角影响因素
这个影响因素是：
• 脉冲长度为0.5ms至8ms的标准进行了测试，其脉冲越长，最大脉冲负载能力越小。
•测试脉冲数从10到100,000个脉冲（见图5b），随着脉冲频率的增加，最大允许脉冲负载能力下降。
•温度是第三个影响因素。RDC随着温度的升高而增加，导致了最大脉冲负载的进一步降低。
这些相互关联的系统中的每一个都有着对单个脉冲之间的基本停顿的依赖性。为了用一个较小的停顿时间进行关联系统的分析，有必要对温度[T]、脉冲重复次数和脉冲长度[t]影响因素进行再次测量。
WE-MPSB与WE-CBF系列的比较
WE-MPSB系列产品的设计目的是为了实现与WE-CBF系列产品近似的阻抗，并优化电阻和对脉冲电流的负载能力。
图5：WE-CBF和WE-MPSB 600 Ω类型的阻抗和额定电流负载能力比较。
采用600Ω型号、尺寸0805的同规格产品进行对比，如图5所示，由于电阻较小，在阻抗几乎相同时WE-MPSB系列具有更高的额定电流。
WE-MPSB系列比WE-CBF系列型号有着显著提高的脉冲负载能力。图6的左边为WE-CBF 600Ω型号的最大脉冲电平，右边则是WE-MPSB 600Ω型号的最大脉冲电平。
图6：WECBF和WE-MPSB系列不同脉冲下负载能力的比较。
总结
基于有超过额定电流的暂态峰值电流的负载多层铁氧体电路要求，Würth Elektronik eiSos开发出了WE-MPSB系列产品，其最大脉冲负载能力已通过采用不同于保险丝的内部测试程序进行测量并予以确定。与现有多层结构比较，其层结构进行了优化，其低电阻特性使其可以得到更高的电流负载能力。因此，WE-MPSB系列非常适合在有脉冲电流的电路中使用。