完美的EMC電路設計攻略之:元器件選型(上)
發布時間:2012-11-16 責任編輯:cicy
【導讀】電dian磁ci兼jian容rong性xing元yuan器qi件jian是shi解jie決jue電dian磁ci幹gan擾rao發fa射she和he電dian磁ci敏min感gan度du問wen題ti的de關guan鍵jian,正zheng確que選xuan擇ze和he使shi用yong這zhe些xie元yuan器qi件jian是shi做zuo好hao電dian磁ci兼jian容rong性xing設she計ji的de前qian提ti。因yin此ci,我wo們men必bi須xu深shen入ru掌zhang握wo這zhe些xie元yuan器qi件jian,這zhe樣yang才cai有you可ke能neng設she計ji出chu符fu合he標biao準zhun要yao求qiu、性能價格比最優的電子、電(dian)氣(qi)產(chan)品(pin)。而(er)每(mei)一(yi)種(zhong)電(dian)子(zi)元(yuan)件(jian)都(dou)有(you)它(ta)各(ge)自(zi)的(de)特(te)性(xing),因(yin)此(ci),要(yao)求(qiu)在(zai)設(she)計(ji)時(shi)仔(zai)細(xi)考(kao)慮(lv)。接(jie)下(xia)來(lai)我(wo)們(men)將(jiang)討(tao)論(lun)一(yi)些(xie)常(chang)見(jian)的(de)用(yong)來(lai)減(jian)少(shao)或(huo)抑(yi)製(zhi)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)性(xing)的(de)電(dian)子(zi)元(yuan)件(jian)和(he)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)技(ji)術(shu)。
目前有兩種基本的電子元件組:有引腳的和無引腳的元件。有引腳線元件有寄生效果,尤其在高頻時。該引腳形成了一個小電感,大約是1nH/mm/引腳。引腳的末端也能產生一個小電容性的效應,大約有4pF。因此,引腳的長度應盡可能的短。與有引腳的元件相比,無引腳且表麵貼裝的元件的寄生效果要小一些。其典型值為:0.5nH的寄生電感和約0.3pF的終端電容。
從電磁兼容性的觀點看,表麵貼裝元件效果最好,其次是放射狀引腳元件,最後是軸向平行引腳的元件。
EMC元件之電容選型
在EMC設計中,電容是應用最廣泛的元件之一,主要用於構成各種低通濾波器或用作去耦電容和旁路電容。大量實踐表明:在EMC設計中,恰當選擇與使用電容,不僅可解決許多EMI問題,而且能充分體現效果良好、價格低廉、使用方便的優點。若電容的選擇或使用不當,則可能根本達不到預期的目的,甚至會加劇 EMI程度。
從cong理li論lun上shang講jiang,電dian容rong的de容rong量liang越yue大da,容rong抗kang就jiu越yue小xiao,濾lv波bo效xiao果guo就jiu越yue好hao。一yi些xie人ren也ye有you這zhe種zhong習xi慣guan認ren識shi。但dan是shi,容rong量liang大da的de電dian容rong一yi般ban寄ji生sheng電dian感gan也ye大da,自zi諧xie振zhen頻pin率lv低di(如典型的陶瓷電容,0.1μF的f0=5 MHz,0.01μF的f0=15 MHz,0.001μF的f0=50 MHz),對高頻噪聲的去耦效果差,甚至根本起不到去耦作用。分立元件的濾波器在頻率超過10 MHz時,將開始失去性能。元件的物理尺寸越大,轉折點頻率越低。這些問題可以通過選擇特殊結構的電容來解決。
貼片電容的寄生電感幾乎為零,總的電感也可以減小到元件本身的電感,通常隻是傳統電容寄生電感的1/3~1/5,自諧振頻率可達同樣容量的帶引線電容的2倍(也有資料說可達10倍),是射頻應用的理想選擇。
傳統上,射頻應用一般選擇瓷片電容。但在實踐中,超小型聚脂或聚苯乙烯薄膜電容也是適用的,因為它們的尺寸與瓷片電容相當。
三端電容能將小瓷片電容頻率範圍從50 MHz以下拓展到200 MHz以上,這對抑製VHF頻段的噪聲是很有用的。要在VHF或更高的頻段獲得更好的濾波效果,特別是保護屏蔽體不被穿透,必須使用饋通電容。
EMC元件之電感選型
電感是一種可以將磁場和電場聯係起來的元件,其固有的、可以與磁場互相作用的能力使其潛在地比其他元件更為敏感。和電容類似,聰明地使用電感也能解決許多 EMC問題。下麵是兩種基本類型的電感:開環和閉環。它們的不同在於內部的磁場環。在開環設計中,磁場通過空氣閉合;而閉環設計中,磁場通過磁芯完成磁路。
電感中的磁場
電感比起電容一個優點是它沒有寄生感抗,因此其表麵貼裝類型和引線類型沒有什麼差別。
開環電感的磁場穿過空氣,這將引起輻射並帶來電磁幹擾(EMI)問題。在選擇開環電感時,繞軸式比棒式或螺線管式更好,因為這樣磁場將被控製在磁芯(即磁體內的局部磁場)。
開環電感
對(dui)閉(bi)環(huan)電(dian)感(gan)來(lai)說(shuo),磁(ci)場(chang)被(bei)完(wan)全(quan)控(kong)製(zhi)在(zai)磁(ci)心(xin),因(yin)此(ci)在(zai)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)中(zhong)這(zhe)種(zhong)類(lei)型(xing)的(de)電(dian)感(gan)更(geng)理(li)想(xiang),當(dang)然(ran)它(ta)們(men)也(ye)比(bi)較(jiao)昂(ang)貴(gui)。螺(luo)旋(xuan)環(huan)狀(zhuang)的(de)閉(bi)環(huan)電(dian)感(gan)的(de)一(yi)個(ge)優(you)點(dian)是(shi):它不僅將磁環控製在磁心,還可以自行消除所有外來的附帶場輻射。
電感的磁芯材料主要有兩種類型:鐵和鐵氧體。鐵磁芯電感用於低頻場合(幾十KHz),而鐵氧體磁芯電感用於高頻場合(到MHz)。因此鐵氧體磁芯電感更適合於EMC應用。
在EMC應用中特別使用了兩種特殊的電感類型:鐵氧體磁珠和鐵氧體磁夾。鐵和鐵氧體可作電感磁芯骨架。鐵芯電感常應用於低頻場合(幾十KHz),而鐵氧體芯電感常應用於高頻場合(MHz)。所以鐵氧芯感應體更適合於EMC應用。
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第一講:完美的EMC電路設計攻略之:遵循三大規律、三個要素
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第二講: 完美的EMC電路設計攻略之:元器件選型(上)
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第三講: 完美的EMC電路設計攻略之:元器件選型(下)
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第四講:完美的EMC電路設計攻略之:PCB設計要點
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第五講:完美的EMC電路設計攻略之:EMC工程師必備技能
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EMC元件之磁珠選型
磁珠由氧磁體組成,電感由磁心和線圈組成,磁珠把交流信號轉化為熱能,電感把交流存儲起來,再緩慢的釋放。
磁珠的電路符號就是電感但是型號上可以看出使用的是磁珠在電路功能上,磁珠和電感是原理相同的,隻是頻率特性不同罷了。
電感是儲能元件,而磁珠是能量轉換(消耗)器件。電感多用於電源濾波回路,側重於抑止傳導性幹擾;磁珠多用於信號回路,主要用於EMI方麵。磁珠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(DDR,SDRAM,RAMBUS等)都需要在電源輸入部分加磁珠,而電感是一種儲能元件,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。
EMC元件之TVS二極管選型
二極管是最簡單的半導體器件。由於其獨特的特性,某些二極管有助於解決並防止與EMC相關的一些問題。
TVS二極管的選型步驟如下:
1. 確定待保護電路的直流電壓或持續工作電壓。如果是交流電,應計算出最大值,即用有效值*1.414。
2. TVS的反向變位電壓即工作電壓(VRWM)--選擇TVS的VRWM等於或大於上述步驟1所規定的操作電壓。這就保證了在正常工作條件下TVS吸收的電流可忽略不計,如果步驟1所規定的電壓高於TVS的VRWM ,TVS將吸收大量的漏電流而處於雪崩擊穿狀態,從而影響電路的工作。
3. 最大峰值脈衝功率:確定電路的幹擾脈衝情況,根據幹擾脈衝的波形、脈衝持續時間,確定能夠有效抑製該幹擾的TVS峰值脈衝功率。
4. 所選TVS的最大箝位電壓(VC)應低於被保護電路所允許的最大承受電壓。
5. 單極性還是雙極性-常常會出現這樣的誤解即雙向TVS用來抑製反向浪湧脈衝,其實並非如此。雙向TVS用於交流電或來自正負雙向脈衝的場合。TVS有時也用於減少電容。如果電路隻有正向電平信號,那麽單向TVS就足夠了。TVS操作方式如下:正向浪湧時,TVS處於反向雪崩擊穿狀態;反向浪湧時,TVS類似正向偏置二極管一樣導通並吸收浪湧能量。在低電容電路裏情況就不是這樣了。應選用雙向TVS以保護電路中的低電容器件免受反向浪湧的損害。
6. 如果知道比較準確的浪湧電流IPP,那麼可以利用VC來確定其功率,如果無法確定功率的概範圍,一般來說,選擇功率大一些比較好。
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