磁珠和電感在解決EMI和EMC問題的作用
發布時間:2013-03-25 責任編輯:Lynnjiao
【導讀】從原理上來說,磁珠可等效成一個電感,所以磁珠在EMI和EMC電路中就相當於一個抑製電感的作用,主要是對高頻傳導幹擾信號進行抑製。那麼是不是使用磁珠的效果會更好一點呢?
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
lilunshangduichuandaoganraoxinhaojinxingyizhi,yaoqiuyizhidiangandedianganliangyuedayuehao,danduiyudianganxianquanlaishuo,dianganliangyueda,zedianganxianquandefenbudianrongyeyueda,liangzhedezuoyongjianghuihuxiangdixiao。

圖2:普通電感線圈的阻抗與頻率的關係
圖2是shi普pu通tong電dian感gan線xian圈quan的de阻zu抗kang與yu頻pin率lv的de關guan係xi圖tu,由you圖tu中zhong可ke以yi看kan出chu,電dian感gan線xian圈quan的de阻zu抗kang開kai始shi的de時shi候hou是shi隨sui著zhe頻pin率lv升sheng高gao而er增zeng大da的de,但dan當dang它ta的de阻zu抗kang增zeng大da到dao最zui大da值zhi以yi後hou,阻zu抗kang反fan而er隨sui著zhe頻pin率lv升sheng高gao而er迅xun速su下xia降jiang,這zhe是shi因yin為wei並bing聯lian分fen布bu電dian容rong的de作zuo用yong。當dang阻zu抗kang增zeng到dao最zui大da值zhi的de地di方fang,就jiu是shi電dian感gan線xian圈quan的de分fen布bu電dian容rong與yu等deng效xiao電dian感gan產chan生sheng並bing聯lian諧xie振zhen的de地di方fang。圖tu中zhong,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。
穿chuan心xin電dian感gan的de電dian感gan量liang一yi般ban都dou比bi較jiao小xiao,大da約yue在zai幾ji微wei亨heng到dao幾ji十shi微wei亨heng之zhi間jian,電dian感gan量liang大da小xiao與yu穿chuan心xin電dian感gan中zhong導dao線xian的de大da小xiao以yi及ji長chang度du,還hai有you磁ci珠zhu的de截jie麵mian積ji都dou有you關guan係xi,但dan與yu磁ci珠zhu電dian感gan量liang關guan係xi最zui大da的de還hai要yao算suan磁ci珠zhu的de相xiang對dui導dao磁ci率lv 。圖3、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
另ling外wai,當dang穿chuan心xin電dian感gan的de工gong作zuo頻pin率lv很hen高gao時shi,在zai磁ci珠zhu體ti內nei還hai會hui產chan生sheng渦wo流liu,這zhe相xiang當dang於yu穿chuan心xin電dian感gan的de導dao磁ci率lv要yao降jiang低di,此ci時shi,我wo們men一yi般ban都dou使shi用yong有you效xiao導dao磁ci率lv 。有效導磁率 就是在某個工作頻率之下,磁珠的相對導磁率。但由於磁珠的工作頻率都隻是一個範圍,因此在實際應用中多用平均導磁率 。
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(jin)1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fc反(fan)而(er)越(yue)低(di),因(yin)為(wei)低(di)頻(pin)磁(ci)芯(xin)材(cai)料(liao)渦(wo)流(liu)損(sun)耗(hao)比(bi)較(jiao)大(da)。使(shi)用(yong)者(zhe)在(zai)進(jin)行(xing)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)的(de)時(shi)候(hou),可(ke)要(yao)求(qiu)磁(ci)芯(xin)材(cai)料(liao)的(de)提(ti)供(gong)商(shang)提(ti)供(gong)磁(ci)芯(xin)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)與(yu)有(you)效(xiao)導(dao)磁(ci)率(lv) 的測試數據,或穿心電感在不同工作頻率之下的曲線圖。圖5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),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),磁(ci)珠(zhu)對(dui)導(dao)體(ti)中(zhong)的(de)電(dian)磁(ci)場(chang)有(you)很(hen)強(qiang)的(de)屏(ping)蔽(bi)作(zuo)用(yong)。
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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