利用磁珠和電感幫你輕鬆化解EMI和EMC問題
發布時間:2016-06-08 責任編輯:wenwei
【導讀】如何利用磁珠和電感解決EMI和EMC?磁珠和電感在解決EMI和EMC方麵的作用有什麼區別,各有什麼特點,是不是使用磁珠的效果會更好一點呢?請耐心往下看,本文將一一為您解答。
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。tabiputongdedianganyougenghaodegaopinlvbotexing,zaigaopinshichengxianzuxing,suoyinengzaixiangdangkuandepinlvfanweineibaochijiaogaodezukang,congertigaotiaopinlvboxiaoguo。
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。

電感器(電感線圈)和變壓器均是用絕緣導線(例如漆包線、紗包線等)繞rao製zhi而er成cheng的de電dian磁ci感gan應ying元yuan件jian,也ye是shi電dian子zi電dian路lu中zhong常chang用yong的de元yuan器qi件jian之zhi一yi,相xiang關guan產chan品pin如ru共gong模mo濾lv波bo器qi等deng。當dang線xian圈quan中zhong有you電dian流liu通tong過guo時shi,線xian圈quan的de周zhou圍wei就jiu會hui產chan生sheng磁ci場chang。當dang線xian圈quan中zhong電dian流liu發fa生sheng變bian化hua時shi,其qi周zhou圍wei的de磁ci場chang也ye產chan生sheng相xiang應ying的de變bian化hua,此ci變bian化hua的de磁ci場chang可ke使shi線xian圈quan自zi身shen產chan生sheng感gan應ying電dian動dong勢shi(電動勢用以表示有源元件理想電源的端電壓),這zhe就jiu是shi自zi感gan。兩liang個ge電dian感gan線xian圈quan相xiang互hu靠kao近jin時shi,一yi個ge電dian感gan線xian圈quan的de磁ci場chang變bian化hua將jiang影ying響xiang另ling一yi個ge電dian感gan線xian圈quan,這zhe種zhong影ying響xiang就jiu是shi互hu感gan。互hu感gan的de大da小xiao取qu決jue於yu電dian感gan線xian圈quan的de自zi感gan與yu兩liang個ge電dian感gan線xian圈quan耦ou合he的de程cheng度du,利li用yong此ci原yuan理li製zhi成cheng的de元yuan件jian叫jiao做zuo互hu感gan器qi。
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(shi)分(fen)別(bie)是(shi)指(zhi)導(dao)線(xian)和(he)穿(chuan)心(xin)電(dian)感(gan)的(de)原(yuan)理(li)圖(tu),計(ji)算(suan)穿(chuan)心(xin)電(dian)感(gan)時(shi),首(shou)先(xian)要(yao)計(ji)算(suan)一(yi)根(gen)圓(yuan)截(jie)麵(mian)直(zhi)導(dao)線(xian)的(de)電(dian)感(gan),然(ran)後(hou)計(ji)算(suan)結(jie)果(guo)乘(cheng)上(shang)磁(ci)珠(zhu)相(xiang)對(dui)導(dao)磁(ci)率(lv)就(jiu)可(ke)以(yi)求(qiu)出(chu)穿(chuan)心(xin)電(dian)感(gan)的(de)電(dian)感(gan)量(liang)。

lingwai,dangchuanxindiangandegongzuopinlvhengaoshi,zaicizhutineihaihuichanshengwoliu,zhexiangdangyuchuanxindiangandedaocilvyaojiangdi,cishi,womenyibandoushiyongyouxiaodaocilv 。有you效xiao導dao磁ci率lv就jiu是shi在zai某mou個ge工gong作zuo頻pin率lv之zhi下xia,磁ci珠zhu的de相xiang對dui導dao磁ci率lv。但dan由you於yu磁ci珠zhu的de工gong作zuo頻pin率lv都dou隻zhi是shi一yi個ge範fan圍wei,因yin此ci在zai實shi際ji應ying用yong中zhong多duo用yong平ping均jun導dao磁ci率lv 。
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de測ce試shi數shu據ju,或huo穿chuan心xin電dian感gan在zai不bu同tong工gong作zuo頻pin率lv之zhi下xia的de曲qu線xian圖tu。圖tu5是穿心電感的頻率曲線圖。

cizhulingyigeyongtujiushiyonglaizuodiancipingbi,tadediancipingbixiaoguobipingbixiandepingbixiaoguohaiyaohao,zheshiyibanrenbutaizhuyide。qishiyongfangfajiushirangyishuangdaoxiancongcizhuzhongjianchuanguo,namedangyoudianliucongshuangdaoxianzhongliuguoshi,qichanshengdecichangjiangdabufenjizhongzaicizhutinei,cichangbuhuizaixiangwaifushe;youyucichangzaicizhutineihuichanshengwoliu,woliuchanshengdianlixiandefangxiangyudaotibiaomiandianlixiandefangxiangzhenghaoxiangfan,huxiangkeyidixiao,yinci,cizhuduiyudianchangtongyangyoupingbizuoyong,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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