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)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2shiputongdianganxianquandezukangyupinlvdeguanxitu,youtuzhongkeyikanchu,dianganxianquandezukangkaishideshihoushisuizhepinlvshenggaoerzengdade,dandangtadezukangzengdadaozuidazhiyihou,zukangfanersuizhepinlvshenggaoerxunsuxiajiang,zheshiyinweibinglianfenbudianrongdezuoyong。dangzukangzengdaozuidazhidedifang,jiushidianganxianquandefenbudianrongyudengxiaodianganchanshengbinglianxiezhendedifang。tuzhong,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。

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),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fcfaneryuedi,yinweidipincixincailiaowoliusunhaobijiaoda。shiyongzhezaijinxingdianlushejideshihou,keyaoqiucixincailiaodetigongshangtigongcixingongzuopinlvyuyouxiaodaocilvdeceshishuju,huochuanxindianganzaibutonggongzuopinlvzhixiadequxiantu。tu5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。
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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