詳解消滅EMC的三大利器:電容器/電感/磁珠
發布時間:2016-08-23 責任編輯:susan
【導讀】濾波電容器、共模電感、磁珠在EMC設(she)計(ji)電(dian)路(lu)中(zhong)是(shi)常(chang)見(jian)的(de)身(shen)影(ying),也(ye)是(shi)消(xiao)滅(mie)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)的(de)三(san)大(da)利(li)器(qi)。對(dui)於(yu)這(zhe)這(zhe)三(san)者(zhe)在(zai)電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)作(zuo)用(yong),相(xiang)信(xin)還(hai)有(you)很(hen)多(duo)工(gong)程(cheng)師(shi)搞(gao)不(bu)清(qing)楚(chu)。本(ben)文(wen)從(cong)設(she)計(ji)設(she)計(ji)中(zhong),詳(xiang)細(xi)分(fen)析(xi)了(le)消(xiao)滅(mie)EMC三大利器的原理。
三大利器之濾波電容器
盡(jin)管(guan)從(cong)濾(lv)除(chu)高(gao)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)的(de)角(jiao)度(du)看(kan),電(dian)容(rong)的(de)諧(xie)振(zhen)是(shi)不(bu)希(xi)望(wang)的(de),但(dan)是(shi)電(dian)容(rong)的(de)諧(xie)振(zhen)並(bing)不(bu)是(shi)總(zong)是(shi)有(you)害(hai)的(de)。當(dang)要(yao)濾(lv)除(chu)的(de)噪(zao)聲(sheng)頻(pin)率(lv)確(que)定(ding)時(shi),可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)調(tiao)整(zheng)電(dian)容(rong)的(de)容(rong)量(liang),使(shi)諧(xie)振(zhen)點(dian)剛(gang)好(hao)落(luo)在(zai)騷(sao)擾(rao)頻(pin)率(lv)上(shang)。
在實際工程中,要濾除的電磁噪聲頻率往往高達數百MHz,甚至超過1GHz。duizheyanggaopindediancizaoshengbixushiyongchuanxindianrongcainengyouxiaodilvchu。putongdianrongzhisuoyibunengyouxiaodilvchugaopinzaosheng,shiyinweilianggeyuanyin,yigeyuanyinshidianrongyinxiandianganzaochengdianrongxiezhen,duigaopinxinhaochengxianjiaodadezukang,xueruoleduigaopinxinhaodepangluzuoyong;另一個原因是導線之間的寄生電容使高頻信號發生耦合,降低了濾波效果。
穿chuan心xin電dian容rong之zhi所suo以yi能neng有you效xiao地di濾lv除chu高gao頻pin噪zao聲sheng,是shi因yin為wei穿chuan心xin電dian容rong不bu僅jin沒mei有you引yin線xian電dian感gan造zao成cheng電dian容rong諧xie振zhen頻pin率lv過guo低di的de問wen題ti,而er且qie穿chuan心xin電dian容rong可ke以yi直zhi接jie安an裝zhuang在zai金jin屬shu麵mian板ban上shang,利li用yong金jin屬shu麵mian板ban起qi到dao高gao頻pin隔ge離li的de作zuo用yong。但dan是shi在zai使shi用yong穿chuan心xin電dian容rong時shi,要yao注zhu意yi的de問wen題ti是shi安an裝zhuang問wen題ti。穿chuan心xin電dian容rong最zui大da的de弱ruo點dian是shi怕pa高gao溫wen和he溫wen度du衝chong擊ji,這zhe在zai將jiang穿chuan心xin電dian容rong往wang金jin屬shu麵mian板ban上shang焊han接jie時shi造zao成cheng很hen大da困kun難nan。許xu多duo電dian容rong在zai焊han接jie過guo程cheng中zhong發fa生sheng損sun壞huai。特te別bie是shi當dang需xu要yao將jiang大da量liang的de穿chuan心xin電dian容rong安an裝zhuang在zai麵mian板ban上shang時shi,隻zhi要yao有you一yi個ge損sun壞huai,就jiu很hen難nan修xiu複fu,因yin為wei在zai將jiang損sun壞huai的de電dian容rong拆chai下xia時shi,會hui造zao成cheng鄰lin近jin其qi它ta電dian容rong的de損sun壞huai。

三大利器之共模電感
由於EMC所(suo)麵(mian)臨(lin)解(jie)決(jue)問(wen)題(ti)大(da)多(duo)是(shi)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao),因(yin)此(ci)共(gong)模(mo)電(dian)感(gan)也(ye)是(shi)我(wo)們(men)常(chang)用(yong)的(de)有(you)力(li)元(yuan)件(jian)之(zhi)一(yi),共(gong)模(mo)電(dian)感(gan)是(shi)一(yi)個(ge)以(yi)鐵(tie)氧(yang)體(ti)為(wei)磁(ci)芯(xin)的(de)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)抑(yi)製(zhi)器(qi)件(jian),它(ta)由(you)兩(liang)個(ge)尺(chi)寸(cun)相(xiang)同(tong),匝(za)數(shu)相(xiang)同(tong)的(de)線圈對(dui)稱(cheng)地(di)繞(rao)製(zhi)在(zai)同(tong)一(yi)個(ge)鐵(tie)氧(yang)體(ti)環(huan)形(xing)磁(ci)芯(xin)上(shang),形(xing)成(cheng)一(yi)個(ge)四(si)端(duan)器(qi)件(jian),要(yao)對(dui)於(yu)共(gong)模(mo)信(xin)號(hao)呈(cheng)現(xian)出(chu)大(da)電(dian)感(gan)具(ju)有(you)抑(yi)製(zhi)作(zuo)用(yong),而(er)對(dui)於(yu)差(cha)模(mo)信(xin)號(hao)呈(cheng)現(xian)出(chu)很(hen)小(xiao)的(de)漏(lou)電(dian)感(gan)幾(ji)乎(hu)不(bu)起(qi)作(zuo)用(yong)。原(yuan)理(li)是(shi)流(liu)過(guo)共(gong)模(mo)電(dian)流(liu)時(shi)磁(ci)環(huan)中(zhong)的(de)磁(ci)通(tong)相(xiang)互(hu)疊(die)加(jia),從(cong)而(er)具(ju)有(you)相(xiang)當(dang)大(da)的(de)電(dian)感(gan)量(liang),對(dui)共(gong)模(mo)電(dian)流(liu)起(qi)到(dao)抑(yi)製(zhi)作(zuo)用(yong),而(er)當(dang)兩(liang)線(xian)圈(quan)流(liu)過(guo)差(cha)模(mo)電(dian)流(liu)時(shi),磁(ci)環(huan)中(zhong)的(de)磁(ci)通(tong)相(xiang)互(hu)抵(di)消(xiao),幾(ji)乎(hu)沒(mei)有(you)電(dian)感(gan)量(liang),所(suo)以(yi)差(cha)模(mo)電(dian)流(liu)可(ke)以(yi)無(wu)衰(shuai)減(jian)地(di)通(tong)過(guo)。因(yin)此(ci)共(gong)模(mo)電(dian)感(gan)在(zai)平(ping)衡(heng)線(xian)路(lu)中(zhong)能(neng)有(you)效(xiao)地(di)抑(yi)製(zhi)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao),而(er)對(dui)線(xian)路(lu)正(zheng)常(chang)傳(chuan)輸(shu)的(de)差(cha)模(mo)信(xin)號(hao)無(wu)影(ying)響(xiang)。
共模電感在製作時應滿足以下要求:
1)繞製在線圈磁芯上的導線要相互絕緣,以保證在瞬時過電壓作用下線圈的匝間不發生擊穿短路。
2)當線圈流過瞬時大電流時,磁芯不要出現飽和。
3)線圈中的磁芯應與線圈絕緣,以防止在瞬時過電壓作用下兩者之間發生擊穿。
4)線圈應盡可能繞製單層,這樣做可減小線圈的寄生電容,增強線圈對瞬時過電壓的而授能力。
通(tong)常(chang)情(qing)況(kuang)下(xia),同(tong)時(shi)注(zhu)意(yi)選(xuan)擇(ze)所(suo)需(xu)濾(lv)波(bo)的(de)頻(pin)段(duan),共(gong)模(mo)阻(zu)抗(kang)越(yue)大(da)越(yue)好(hao),因(yin)此(ci)我(wo)們(men)在(zai)選(xuan)擇(ze)共(gong)模(mo)電(dian)感(gan)時(shi)需(xu)要(yao)看(kan)器(qi)件(jian)資(zi)料(liao),主(zhu)要(yao)根(gen)據(ju)阻(zu)抗(kang)頻(pin)率(lv)曲(qu)線(xian)選(xuan)擇(ze)。另(ling)外(wai)選(xuan)擇(ze)時(shi)注(zhu)意(yi)考(kao)慮(lv)差(cha)模(mo)阻(zu)抗(kang)對(dui)信(xin)號(hao)的(de)影(ying)響(xiang),主(zhu)要(yao)關(guan)注(zhu)差(cha)模(mo)阻(zu)抗(kang),特(te)別(bie)注(zhu)意(yi)高(gao)速(su)端(duan)口(kou)。
三大利器之磁珠
在產品數字電路EMCshejiguochengzhong,womenchangchanghuishiyongdaocizhu,tieyangticailiaoshitiemeihejinhuotieniehejin,zhezhongcailiaojuyouhengaodedaocilv,takeyishidiangandexianquanraozuzhijianzaigaopingaozudeqingkuangxiachanshengdedianrongzuixiao。tieyangticailiaotongchangzaigaopinqingkuangxiayingyong,yinweizaidipinshitamenzhuyaochengdiangantexing,shidexianshangdesunhaohenxiao。zaigaopinqingkuangxia,tamenzhuyaochengdiankangtexingbibingqiesuipinlvgaibian。shijiyingyongzhong,tieyangticailiaoshizuoweishepindianludegaopinshuaijianqishiyongde。shijishang,tieyangtijiaohaodedengxiaoyudianzuyijidiangandebinglian,dipinxiadianzubeidianganduanlu,gaopinxiadianganzukangbiandexiangdanggao,yizhiyudianliuquanbutongguodianzu。tieyangtishiyigexiaohaozhuangzhi,gaopinnengliangzaishangmianzhuanhuaweireneng,zheshiyoutadedianzutexingjuedingde。
tieyangticizhuyuputongdedianganxiangbijuyougenghaodegaopinlvbotexing。tieyangtizaigaopinshichengxiandianzuxing,xiangdangyupinzhiyinshuhendidedianganqi,suoyinengzaixiangdangkuandepinlvfanweineibaochijiaogaodezukang,congertigaogaopinlvboxiaoneng。 在低頻段,阻抗由電感的感抗構成,低頻時R很小,磁芯的磁導率較高,因此電感量較大,L起主要作用,電磁幹擾被反射而受到抑製;並且這時磁芯的損耗較小,整個器件是一個低損耗、高Q特性的電感,這種電感容易造成諧振因此在低頻段,有時可能出現使用鐵氧體磁珠後幹擾增強的現象。 在(zai)高(gao)頻(pin)段(duan),阻(zu)抗(kang)由(you)電(dian)阻(zu)成(cheng)分(fen)構(gou)成(cheng),隨(sui)著(zhe)頻(pin)率(lv)升(sheng)高(gao),磁(ci)芯(xin)的(de)磁(ci)導(dao)率(lv)降(jiang)低(di),導(dao)致(zhi)電(dian)感(gan)的(de)電(dian)感(gan)量(liang)減(jian)小(xiao),感(gan)抗(kang)成(cheng)分(fen)減(jian)小(xiao)。但(dan)是(shi),這(zhe)時(shi)磁(ci)芯(xin)的(de)損(sun)耗(hao)增(zeng)加(jia),電(dian)阻(zu)成(cheng)分(fen)增(zeng)加(jia),導(dao)致(zhi)總(zong)的(de)阻(zu)抗(kang)增(zeng)加(jia),當(dang)高(gao)頻(pin)信(xin)號(hao)通(tong)過(guo)鐵(tie)氧(yang)體(ti)時(shi),電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)被(bei)吸(xi)收(shou)並(bing)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)熱(re)能(neng)的(de)形(xing)式(shi)耗(hao)散(san)掉(diao)。
鐵氧體抑製元件廣泛應用於印製電路板、電源線和數據線上。如在印製板的電源線入口端加上鐵氧體抑製元件,就可以濾除高頻幹擾。鐵氧體磁環或磁珠專用於抑製信號線、電源線上的高頻幹擾和尖峰幹擾,它也具有吸收靜電放電脈衝幹擾的能力。
使用片式磁珠還是片式電感主要還在於實際應用場合。在諧振電路中需要使用片式電感。而需要消除不需要的EMI噪聲時,使用片式磁珠是最佳的選擇。 片式磁珠和片式電感的應用場合: 片式電感: 射頻(RF)和無線通訊,信息技術設備,雷達檢波器,汽車電子,蜂窩電話,尋呼機,音頻設備,PDAs(個人數字助理),無線遙控係統以及低壓供電模塊等。片式磁珠: 時鍾發生電路,模擬電路和數字電路之間的濾波,I/O輸入/輸出內部連接器(比如串口,並口,鍵盤,鼠標,長途電信,本地局域網),射頻(RF)電路和易受幹擾的邏輯設備之間,供電電路中濾除高頻傳導幹擾,計算機,打印機,錄像機(VCRS),電視係統和手提電話中的EMI噪聲抑止。
磁珠的單位是歐姆,因為磁珠的單位是按照它在某一頻率產生的阻抗來標稱的,阻抗的單位也是歐姆。磁珠的DATASHEET上一般會提供頻率和阻抗的特性曲線圖,一般以100MHz為標準,比如是在100MHz頻率的時候磁珠的阻抗相當於1000歐姆。針對我們所要濾波的頻段需要選取磁珠阻抗越大越好,通常情況下選取600歐姆阻抗以上的。
另外選擇磁珠時需要注意磁珠的通流量,一般需要降額80%處理,用在電源電路時要考慮直流阻抗對壓降影響。
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