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
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: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,keyaoqiucixincailiaodetigongshangtigongcixingongzuopinlvyuyouxiaodaocilv 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
cizhulingyigeyongtujiushiyonglaizuodiancipingbi,tadediancipingbixiaoguobipingbixiandepingbixiaoguohaiyaohao,zheshiyibanrenbutaizhuyide。qishiyongfangfajiushirangyishuangdaoxiancongcizhuzhongjianchuanguo,namedangyoudianliucongshuangdaoxianzhongliuguoshi,qichanshengdecichangjiangdabufenjizhongzaicizhutinei,cichangbuhuizaixiangwaifushe;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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