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30MHz以yi上shang,然ran而er,低di頻pin信xin號hao也ye會hui受shou到dao片pian式shi磁ci珠zhu的de影ying響xiang。磁ci珠zhu有you很hen高gao的de電dian阻zu率lv和he磁ci導dao率lv,他ta等deng效xiao於yu電dian阻zu和he電dian感gan串chuan聯lian,但dan電dian阻zu值zhi和he電dian感gan值zhi都dou隨sui頻pin率lv變bian化hua。他ta比bi普pu通tong的de電dian感gan有you更geng好hao的de高gao頻pin濾lv波bo特te性xing,在zai高gao頻pin時shi呈cheng現xian阻zu性xing,所suo以yi能neng在zai相xiang當dang寬kuan的de頻pin率lv範fan圍wei內nei保bao持chi較jiao高gao的de阻zu抗kang,從cong而er提ti高gao調tiao頻pin濾lv波bo效xiao果guo。
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)raozhierchengdedianciganyingyuanjian,yeshidianzidianluzhongchangyongdeyuanqijianzhiyi,xiangguanchanpinrugongmolvboqideng。dangxianquanzhongyoudianliutongguoshi,xianquandezhouweijiuhuichanshengcichang。dangxianquanzhongdianliufashengbianhuashi,qizhouweidecichangyechanshengxiangyingdebianhua,cibianhuadecichangkeshixianquanzishenchanshengganyingdiandongshi(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4shifenbieshizhidaoxianhechuanxindiangandeyuanlitu,jisuanchuanxindianganshi,shouxianyaojisuanyigenyuanjiemianzhidaoxiandediangan,ranhoujisuanjieguochengshangcizhuxiangduidaocilvjiukeyiqiuchuchuanxindiangandedianganliang。

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(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),danzaigaopinshiqiyouxiaodaocilvzhiyouxiangduidaocilvdejifenzhiyi,shenzhijishifenzhiyi。yinci,cizhuyeyoujiezhipinlvdewenti,suoweijiezhipinlv,jiushishicizhudeyouxiaodaocilvxiajiangdaojiejin1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(tu)5是穿心電感的頻率曲線圖。

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,因yin此ci,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,即ji:磁珠對導體中的電磁場有很強的屏蔽作用。
shiyongcizhujinxingdiancipingbideyoudianshicizhubuyongjiedi,keyimianqupingbixianyaoqiujiedidemafan。yongcizhuzuoweidiancipingbi,duiyushuangdaoxianlaishuo,haixiangdangyuzaixianluzhongjieleyigegongmoyizhidiangan,duigongmoganraoxinhaoyouhenqiangdeyizhizuoyong。
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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