磁珠和電感在解決EMI和EMC方麵的不同作用
發布時間:2012-10-16 來源:電子元件技術網 責任編輯:Hedyxing
導讀:磁珠和電感在解決EMI和EMCfangmiandezuoyongyoushenmequbie,geyoushenmetedian,shibushishiyongcizhudexiaoguohuigenghaoyidianne?benwenzhenduizhexiewentiyiyizuoda,shenrufenxicizhujidiangandequbiejizaidiancijianrongshangdezuoyong。
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。 他比普通的電感有更好的高頻濾波特性,在高頻時呈現阻性,所以能在相當寬的頻率範圍內保持較高的阻抗,從而提高調頻濾波效果。
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 電感線圈阻抗與頻率的關係
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。
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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(tu)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
lingwai,dangchuanxindiangandegongzuopinlvhengaoshi,zaicizhutineihaihuichanshengwoliu,zhexiangdangyuchuanxindiangandedaocilvyaojiangdi,cishi,womenyibandoushiyongyouxiaodaocilv。youxiaodaocilvjiushizaimougegongzuopinlvzhixia,cizhudexiangduidaocilv。danyouyucizhudegongzuopinlvdouzhishiyigefanwei,yincizaishijiyingyongzhongduoyongpingjundaocilv。
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(tu)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,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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