磁珠和電感在解決EMI和EMC方麵的不同作用
發布時間:2012-10-16 來源:電子元件技術網 責任編輯:Hedyxing
導讀:磁珠和電感在解決EMI和EMC方fang麵mian的de作zuo用yong有you什shen麼me區qu別bie,各ge有you什shen麼me特te點dian,是shi不bu是shi使shi用yong磁ci珠zhu的de效xiao果guo會hui更geng好hao一yi點dian呢ne?本ben文wen針zhen對dui這zhe些xie問wen題ti一yi一yi作zuo答da,深shen入ru分fen析xi磁ci珠zhu及ji電dian感gan的de區qu別bie及ji在zai電dian磁ci兼jian容rong上shang的de作zuo用yong。
磁珠專用於抑製信號線、電源線上的高頻噪聲和尖峰幹擾,還具有吸收靜電脈衝的能力。磁珠是用來吸收超高頻信號,象一些RF電路,PLL,振蕩電路,含超高頻存儲器電路(DDRSDRAM,RAMBUS等)都需要在電源輸入部分加磁珠,而電感是一種蓄能元件,用在LC振蕩電路,中低頻的濾波電路等,其應用頻率範圍很少超過50MHZ. 磁珠有很高的電阻率和磁導率,等效於電阻和電感串聯,但電阻值和電感值都隨頻率變化。
磁珠的功能主要是消除存在於傳輸線結構(電路)中的RF噪聲,RF能量是疊加在直流傳輸電平上的交流正弦波成分,直流成分是需要的有用信號,而射頻RF能量卻是無用的電磁幹擾沿著線路傳輸和輻射(EMI)。要消除這些不需要的信號能量,使用片式磁珠扮演高頻電阻的角色(衰減器),該器件允許直流信號通過,而濾除交流信號。通常高頻信號為30MHzyishang,raner,dipinxinhaoyehuishoudaopianshicizhudeyingxiang。cizhuyouhengaodedianzulvhecidaolv,tadengxiaoyudianzuhedianganchuanlian,dandianzuzhihedianganzhidousuipinlvbianhua。 他比普通的電感有更好的高頻濾波特性,在高頻時呈現阻性,所以能在相當寬的頻率範圍內保持較高的阻抗,從而提高調頻濾波效果。
磁珠可等效成一個電感,但這個等效電感與電感線圈是有區別的,磁珠與電感線圈的最大區別就是,電感線圈有分布電容。因此,電感線圈就相當於一個電感與一個分布電容並聯。如圖1所示。圖1中,LX為電感線圈的等效電感(理想電感),RX為線圈的等效電阻,CX為電感的分布電容。

圖1 電感線圈的等效電路
理(li)論(lun)上(shang)對(dui)傳(chuan)導(dao)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)抑(yi)製(zhi),要(yao)求(qiu)抑(yi)製(zhi)電(dian)感(gan)的(de)電(dian)感(gan)量(liang)越(yue)大(da)越(yue)好(hao),但(dan)對(dui)於(yu)電(dian)感(gan)線(xian)圈(quan)來(lai)說(shuo),電(dian)感(gan)量(liang)越(yue)大(da),則(ze)電(dian)感(gan)線(xian)圈(quan)的(de)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)也(ye)越(yue)大(da),兩(liang)者(zhe)的(de)作(zuo)用(yong)將(jiang)會(hui)互(hu)相(xiang)抵(di)消(xiao)。

圖2 電感線圈阻抗與頻率的關係
圖2shiputongdianganxianquandezukangyupinlvdeguanxitu,youtuzhongkeyikanchu,dianganxianquandezukangkaishideshihoushisuizhepinlvshenggaoerzengdade,dandangtadezukangzengdadaozuidazhiyihou,zukangfanersuizhepinlvshenggaoerxunsuxiajiang,zheshiyinweibinglianfenbudianrongdezuoyong。dangzukangzengdaozuidazhidedifang,jiushidianganxianquandefenbudianrongyudengxiaodianganchanshengbinglianxiezhendedifang。tuzhong,L1 》 L2 》 L3,由此可知電感線圈的電感量越大,其諧振頻率就越低。從圖2中可以看出,如果要對頻率為1MHz的幹擾信號進行抑製,選用L1倒不如選用L3,因為L3的電感量要比L1小十幾倍,因此L3的成本也要比L1低很多。
如果我們還要對抑製頻率進一步提高,那麼我們最後選用的電感線圈就隻好是它的最小極限值,隻有1圈或不到1圈了。磁珠,即穿心電感,就是一個匝數小於1圈的電感線圈。但穿心電感比單圈電感線圈的分布電容小好幾倍到幾十倍,因此,穿心電感比單圈電感線圈的工作頻率更高。
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chuanxindiangandedianganliangyibandoubijiaoxiao,dayuezaijiweihengdaojishiweihengzhijian,dianganliangdaxiaoyuchuanxindianganzhongdaoxiandedaxiaoyijichangdu,haiyoucizhudejiemianjidouyouguanxi,danyucizhudianganliangguanxizuidadehaiyaosuancizhudexiangduidaocilv。tu3、圖4是分別是指導線和穿心電感的原理圖,計算穿心電感時,首先要計算一根圓截麵直導線的電感,然後計算結果乘上磁珠相對導磁率 就可以求出穿心電感的電感量。

圖3 圓截麵直導線的電感

圖4 磁珠穿心電感
lingwai,dangchuanxindiangandegongzuopinlvhengaoshi,zaicizhutineihaihuichanshengwoliu,zhexiangdangyuchuanxindiangandedaocilvyaojiangdi,cishi,womenyibandoushiyongyouxiaodaocilv。youxiaodaocilvjiushizaimougegongzuopinlvzhixia,cizhudexiangduidaocilv。danyouyucizhudegongzuopinlvdouzhishiyigefanwei,yincizaishijiyingyongzhongduoyongpingjundaocilv。
在低頻時,一般磁珠的相對導磁率都很大(大於100),但dan在zai高gao頻pin時shi其qi有you效xiao導dao磁ci率lv隻zhi有you相xiang對dui導dao磁ci率lv的de幾ji分fen之zhi一yi,甚shen至zhi幾ji十shi分fen之zhi一yi。因yin此ci,磁ci珠zhu也ye有you截jie止zhi頻pin率lv的de問wen題ti,所suo謂wei截jie止zhi頻pin率lv,就jiu是shi使shi磁ci珠zhu的de有you效xiao導dao磁ci率lv下xia降jiang到dao接jie近jin1時的工作頻率fc,此時磁珠已經失去一個電感的作用。一般磁珠的截止頻率fc都在30~300MHz之間,截止頻率的高低與磁珠的材料有關,一般導磁率越高的磁芯材料,其截止頻率fcfaneryuedi,yinweidipincixincailiaowoliusunhaobijiaoda。shiyongzhezaijinxingdianlushejideshihou,keyaoqiucixincailiaodetigongshangtigongcixingongzuopinlvyuyouxiaodaocilvdeceshishuju,huochuanxindianganzaibutonggongzuopinlvzhixiadequxiantu。tu5是穿心電感的頻率曲線圖。

圖5 磁珠電感與頻率的關係
磁(ci)珠(zhu)另(ling)一(yi)個(ge)用(yong)途(tu)就(jiu)是(shi)用(yong)來(lai)做(zuo)電(dian)磁(ci)屏(ping)蔽(bi),它(ta)的(de)電(dian)磁(ci)屏(ping)蔽(bi)效(xiao)果(guo)比(bi)屏(ping)蔽(bi)線(xian)的(de)屏(ping)蔽(bi)效(xiao)果(guo)還(hai)要(yao)好(hao),這(zhe)是(shi)一(yi)般(ban)人(ren)不(bu)太(tai)注(zhu)意(yi)的(de)。其(qi)使(shi)用(yong)方(fang)法(fa)就(jiu)是(shi)讓(rang)一(yi)雙(shuang)導(dao)線(xian)從(cong)磁(ci)珠(zhu)中(zhong)間(jian)穿(chuan)過(guo),那(na)麼(me)當(dang)有(you)電(dian)流(liu)從(cong)雙(shuang)導(dao)線(xian)中(zhong)流(liu)過(guo)時(shi),其(qi)產(chan)生(sheng)的(de)磁(ci)場(chang)將(jiang)大(da)部(bu)份(fen)集(ji)中(zhong)在(zai)磁(ci)珠(zhu)體(ti)內(nei),磁(ci)場(chang)不(bu)會(hui)再(zai)向(xiang)外(wai)輻(fu)射(she);由you於yu磁ci場chang在zai磁ci珠zhu體ti內nei會hui產chan生sheng渦wo流liu,渦wo流liu產chan生sheng電dian力li線xian的de方fang向xiang與yu導dao體ti表biao麵mian電dian力li線xian的de方fang向xiang正zheng好hao相xiang反fan,互hu相xiang可ke以yi抵di消xiao,因yin此ci,磁ci珠zhu對dui於yu電dian場chang同tong樣yang有you屏ping蔽bi作zuo用yong,即ji:磁珠對導體中的電磁場有很強的屏蔽作用。
使(shi)用(yong)磁(ci)珠(zhu)進(jin)行(xing)電(dian)磁(ci)屏(ping)蔽(bi)的(de)優(you)點(dian)是(shi)磁(ci)珠(zhu)不(bu)用(yong)接(jie)地(di),可(ke)以(yi)免(mian)去(qu)屏(ping)蔽(bi)線(xian)要(yao)求(qiu)接(jie)地(di)的(de)麻(ma)煩(fan)。用(yong)磁(ci)珠(zhu)作(zuo)為(wei)電(dian)磁(ci)屏(ping)蔽(bi),對(dui)於(yu)雙(shuang)導(dao)線(xian)來(lai)說(shuo),還(hai)相(xiang)當(dang)於(yu)在(zai)線(xian)路(lu)中(zhong)接(jie)了(le)一(yi)個(ge)共(gong)模(mo)抑(yi)製(zhi)電(dian)感(gan),對(dui)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)有(you)很(hen)強(qiang)的(de)抑(yi)製(zhi)作(zuo)用(yong)。
由此可知,電感線圈主要是用於對低頻幹擾信號進行EMI抑製,而磁珠主要是對高頻幹擾信號進行EMI抑製,因此,對一個頻帶很寬的幹擾信號進行EMI抑製,必須同時采用多個不同性質的電感才會有效。另外,對共模傳導幹擾信號進行EMI抑製,還要注意抑製電感與Y電容的連接位置。Y電容和抑製電感盡量靠近電源的輸入端,即電源插座的位置,並且高頻電感要盡量靠近Y電容,而Y電容還要盡量靠近與大地連接的地線(三心電源線的地線),這對EMI抑製才有效。
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