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
lilunshangduichuandaoganraoxinhaojinxingyizhi,yaoqiuyizhidiangandedianganliangyuedayuehao,danduiyudianganxianquanlaishuo,dianganliangyueda,zedianganxianquandefenbudianrongyeyueda,liangzhedezuoyongjianghuihuxiangdixiao。

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),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
磁ci珠zhu另ling一yi個ge用yong途tu就jiu是shi用yong來lai做zuo電dian磁ci屏ping蔽bi,它ta的de電dian磁ci屏ping蔽bi效xiao果guo比bi屏ping蔽bi線xian的de屏ping蔽bi效xiao果guo還hai要yao好hao,這zhe是shi一yi般ban人ren不bu太tai注zhu意yi的de。其qi使shi用yong方fang法fa就jiu是shi讓rang一yi雙shuang導dao線xian從cong磁ci珠zhu中zhong間jian穿chuan過guo,那na麼me當dang有you電dian流liu從cong雙shuang導dao線xian中zhong流liu過guo時shi,其qi產chan生sheng的de磁ci場chang將jiang大da部bu份fen集ji中zhong在zai磁ci珠zhu體ti內nei,磁ci場chang不bu會hui再zai向xiang外wai輻fu射she;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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