詳解消滅EMC的三大利器:電容器/電感/磁珠
發布時間:2016-08-23 責任編輯:susan
【導讀】濾波電容器、共模電感、磁珠在EMC設she計ji電dian路lu中zhong是shi常chang見jian的de身shen影ying,也ye是shi消xiao滅mie電dian磁ci幹gan擾rao的de三san大da利li器qi。對dui於yu這zhe這zhe三san者zhe在zai電dian路lu中zhong的de作zuo用yong,相xiang信xin還hai有you很hen多duo工gong程cheng師shi搞gao不bu清qing楚chu。本ben文wen從cong設she計ji設she計ji中zhong,詳xiang細xi分fen析xi了le消xiao滅mieEMC三大利器的原理。
三大利器之濾波電容器
盡(jin)管(guan)從(cong)濾(lv)除(chu)高(gao)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)的(de)角(jiao)度(du)看(kan),電(dian)容(rong)的(de)諧(xie)振(zhen)是(shi)不(bu)希(xi)望(wang)的(de),但(dan)是(shi)電(dian)容(rong)的(de)諧(xie)振(zhen)並(bing)不(bu)是(shi)總(zong)是(shi)有(you)害(hai)的(de)。當(dang)要(yao)濾(lv)除(chu)的(de)噪(zao)聲(sheng)頻(pin)率(lv)確(que)定(ding)時(shi),可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)調(tiao)整(zheng)電(dian)容(rong)的(de)容(rong)量(liang),使(shi)諧(xie)振(zhen)點(dian)剛(gang)好(hao)落(luo)在(zai)騷(sao)擾(rao)頻(pin)率(lv)上(shang)。
在實際工程中,要濾除的電磁噪聲頻率往往高達數百MHz,甚至超過1GHz。對dui這zhe樣yang高gao頻pin的de電dian磁ci噪zao聲sheng必bi須xu使shi用yong穿chuan心xin電dian容rong才cai能neng有you效xiao地di濾lv除chu。普pu通tong電dian容rong之zhi所suo以yi不bu能neng有you效xiao地di濾lv除chu高gao頻pin噪zao聲sheng,是shi因yin為wei兩liang個ge原yuan因yin,一yi個ge原yuan因yin是shi電dian容rong引yin線xian電dian感gan造zao成cheng電dian容rong諧xie振zhen,對dui高gao頻pin信xin號hao呈cheng現xian較jiao大da的de阻zu抗kang,削xue弱ruo了le對dui高gao頻pin信xin號hao的de旁pang路lu作zuo用yong;另一個原因是導線之間的寄生電容使高頻信號發生耦合,降低了濾波效果。
穿chuan心xin電dian容rong之zhi所suo以yi能neng有you效xiao地di濾lv除chu高gao頻pin噪zao聲sheng,是shi因yin為wei穿chuan心xin電dian容rong不bu僅jin沒mei有you引yin線xian電dian感gan造zao成cheng電dian容rong諧xie振zhen頻pin率lv過guo低di的de問wen題ti,而er且qie穿chuan心xin電dian容rong可ke以yi直zhi接jie安an裝zhuang在zai金jin屬shu麵mian板ban上shang,利li用yong金jin屬shu麵mian板ban起qi到dao高gao頻pin隔ge離li的de作zuo用yong。但dan是shi在zai使shi用yong穿chuan心xin電dian容rong時shi,要yao注zhu意yi的de問wen題ti是shi安an裝zhuang問wen題ti。穿chuan心xin電dian容rong最zui大da的de弱ruo點dian是shi怕pa高gao溫wen和he溫wen度du衝chong擊ji,這zhe在zai將jiang穿chuan心xin電dian容rong往wang金jin屬shu麵mian板ban上shang焊han接jie時shi造zao成cheng很hen大da困kun難nan。許xu多duo電dian容rong在zai焊han接jie過guo程cheng中zhong發fa生sheng損sun壞huai。特te別bie是shi當dang需xu要yao將jiang大da量liang的de穿chuan心xin電dian容rong安an裝zhuang在zai麵mian板ban上shang時shi,隻zhi要yao有you一yi個ge損sun壞huai,就jiu很hen難nan修xiu複fu,因yin為wei在zai將jiang損sun壞huai的de電dian容rong拆chai下xia時shi,會hui造zao成cheng鄰lin近jin其qi它ta電dian容rong的de損sun壞huai。

三大利器之共模電感
由於EMC所suo麵mian臨lin解jie決jue問wen題ti大da多duo是shi共gong模mo幹gan擾rao,因yin此ci共gong模mo電dian感gan也ye是shi我wo們men常chang用yong的de有you力li元yuan件jian之zhi一yi,共gong模mo電dian感gan是shi一yi個ge以yi鐵tie氧yang體ti為wei磁ci芯xin的de共gong模mo幹gan擾rao抑yi製zhi器qi件jian,它ta由you兩liang個ge尺chi寸cun相xiang同tong,匝za數shu相xiang同tong的de線圈對(dui)稱(cheng)地(di)繞(rao)製(zhi)在(zai)同(tong)一(yi)個(ge)鐵(tie)氧(yang)體(ti)環(huan)形(xing)磁(ci)芯(xin)上(shang),形(xing)成(cheng)一(yi)個(ge)四(si)端(duan)器(qi)件(jian),要(yao)對(dui)於(yu)共(gong)模(mo)信(xin)號(hao)呈(cheng)現(xian)出(chu)大(da)電(dian)感(gan)具(ju)有(you)抑(yi)製(zhi)作(zuo)用(yong),而(er)對(dui)於(yu)差(cha)模(mo)信(xin)號(hao)呈(cheng)現(xian)出(chu)很(hen)小(xiao)的(de)漏(lou)電(dian)感(gan)幾(ji)乎(hu)不(bu)起(qi)作(zuo)用(yong)。原(yuan)理(li)是(shi)流(liu)過(guo)共(gong)模(mo)電(dian)流(liu)時(shi)磁(ci)環(huan)中(zhong)的(de)磁(ci)通(tong)相(xiang)互(hu)疊(die)加(jia),從(cong)而(er)具(ju)有(you)相(xiang)當(dang)大(da)的(de)電(dian)感(gan)量(liang),對(dui)共(gong)模(mo)電(dian)流(liu)起(qi)到(dao)抑(yi)製(zhi)作(zuo)用(yong),而(er)當(dang)兩(liang)線(xian)圈(quan)流(liu)過(guo)差(cha)模(mo)電(dian)流(liu)時(shi),磁(ci)環(huan)中(zhong)的(de)磁(ci)通(tong)相(xiang)互(hu)抵(di)消(xiao),幾(ji)乎(hu)沒(mei)有(you)電(dian)感(gan)量(liang),所(suo)以(yi)差(cha)模(mo)電(dian)流(liu)可(ke)以(yi)無(wu)衰(shuai)減(jian)地(di)通(tong)過(guo)。因(yin)此(ci)共(gong)模(mo)電(dian)感(gan)在(zai)平(ping)衡(heng)線(xian)路(lu)中(zhong)能(neng)有(you)效(xiao)地(di)抑(yi)製(zhi)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao),而(er)對(dui)線(xian)路(lu)正(zheng)常(chang)傳(chuan)輸(shu)的(de)差(cha)模(mo)信(xin)號(hao)無(wu)影(ying)響(xiang)。
共模電感在製作時應滿足以下要求:
1)繞製在線圈磁芯上的導線要相互絕緣,以保證在瞬時過電壓作用下線圈的匝間不發生擊穿短路。
2)當線圈流過瞬時大電流時,磁芯不要出現飽和。
3)線圈中的磁芯應與線圈絕緣,以防止在瞬時過電壓作用下兩者之間發生擊穿。
4)線圈應盡可能繞製單層,這樣做可減小線圈的寄生電容,增強線圈對瞬時過電壓的而授能力。
通tong常chang情qing況kuang下xia,同tong時shi注zhu意yi選xuan擇ze所suo需xu濾lv波bo的de頻pin段duan,共gong模mo阻zu抗kang越yue大da越yue好hao,因yin此ci我wo們men在zai選xuan擇ze共gong模mo電dian感gan時shi需xu要yao看kan器qi件jian資zi料liao,主zhu要yao根gen據ju阻zu抗kang頻pin率lv曲qu線xian選xuan擇ze。另ling外wai選xuan擇ze時shi注zhu意yi考kao慮lv差cha模mo阻zu抗kang對dui信xin號hao的de影ying響xiang,主zhu要yao關guan注zhu差cha模mo阻zu抗kang,特te別bie注zhu意yi高gao速su端duan口kou。
三大利器之磁珠
在產品數字電路EMC設she計ji過guo程cheng中zhong,我wo們men常chang常chang會hui使shi用yong到dao磁ci珠zhu,鐵tie氧yang體ti材cai料liao是shi鐵tie鎂mei合he金jin或huo鐵tie鎳nie合he金jin,這zhe種zhong材cai料liao具ju有you很hen高gao的de導dao磁ci率lv,他ta可ke以yi是shi電dian感gan的de線xian圈quan繞rao組zu之zhi間jian在zai高gao頻pin高gao阻zu的de情qing況kuang下xia產chan生sheng的de電dian容rong最zui小xiao。鐵tie氧yang體ti材cai料liao通tong常chang在zai高gao頻pin情qing況kuang下xia應ying用yong,因yin為wei在zai低di頻pin時shi他ta們men主zhu要yao程cheng電dian感gan特te性xing,使shi得de線xian上shang的de損sun耗hao很hen小xiao。在zai高gao頻pin情qing況kuang下xia,他ta們men主zhu要yao呈cheng電dian抗kang特te性xing比bi並bing且qie隨sui頻pin率lv改gai變bian。實shi際ji應ying用yong中zhong,鐵tie氧yang體ti材cai料liao是shi作zuo為wei射she頻pin電dian路lu的de高gao頻pin衰shuai減jian器qi使shi用yong的de。實shi際ji上shang,鐵tie氧yang體ti較jiao好hao的de等deng效xiao於yu電dian阻zu以yi及ji電dian感gan的de並bing聯lian,低di頻pin下xia電dian阻zu被bei電dian感gan短duan路lu,高gao頻pin下xia電dian感gan阻zu抗kang變bian得de相xiang當dang高gao,以yi至zhi於yu電dian流liu全quan部bu通tong過guo電dian阻zu。鐵tie氧yang體ti是shi一yi個ge消xiao耗hao裝zhuang置zhi,高gao頻pin能neng量liang在zai上shang麵mian轉zhuan化hua為wei熱re能neng,這zhe是shi由you他ta的de電dian阻zu特te性xing決jue定ding的de。
tieyangticizhuyuputongdedianganxiangbijuyougenghaodegaopinlvbotexing。tieyangtizaigaopinshichengxiandianzuxing,xiangdangyupinzhiyinshuhendidedianganqi,suoyinengzaixiangdangkuandepinlvfanweineibaochijiaogaodezukang,congertigaogaopinlvboxiaoneng。 在低頻段,阻抗由電感的感抗構成,低頻時R很小,磁芯的磁導率較高,因此電感量較大,L起主要作用,電磁幹擾被反射而受到抑製;並且這時磁芯的損耗較小,整個器件是一個低損耗、高Q特性的電感,這種電感容易造成諧振因此在低頻段,有時可能出現使用鐵氧體磁珠後幹擾增強的現象。 在zai高gao頻pin段duan,阻zu抗kang由you電dian阻zu成cheng分fen構gou成cheng,隨sui著zhe頻pin率lv升sheng高gao,磁ci芯xin的de磁ci導dao率lv降jiang低di,導dao致zhi電dian感gan的de電dian感gan量liang減jian小xiao,感gan抗kang成cheng分fen減jian小xiao。但dan是shi,這zhe時shi磁ci芯xin的de損sun耗hao增zeng加jia,電dian阻zu成cheng分fen增zeng加jia,導dao致zhi總zong的de阻zu抗kang增zeng加jia,當dang高gao頻pin信xin號hao通tong過guo鐵tie氧yang體ti時shi,電dian磁ci幹gan擾rao被bei吸xi收shou並bing轉zhuan換huan成cheng熱re能neng的de形xing式shi耗hao散san掉diao。
鐵氧體抑製元件廣泛應用於印製電路板、電源線和數據線上。如在印製板的電源線入口端加上鐵氧體抑製元件,就可以濾除高頻幹擾。鐵氧體磁環或磁珠專用於抑製信號線、電源線上的高頻幹擾和尖峰幹擾,它也具有吸收靜電放電脈衝幹擾的能力。
使用片式磁珠還是片式電感主要還在於實際應用場合。在諧振電路中需要使用片式電感。而需要消除不需要的EMI噪聲時,使用片式磁珠是最佳的選擇。 片式磁珠和片式電感的應用場合: 片式電感: 射頻(RF)和無線通訊,信息技術設備,雷達檢波器,汽車電子,蜂窩電話,尋呼機,音頻設備,PDAs(個人數字助理),無線遙控係統以及低壓供電模塊等。片式磁珠: 時鍾發生電路,模擬電路和數字電路之間的濾波,I/O輸入/輸出內部連接器(比如串口,並口,鍵盤,鼠標,長途電信,本地局域網),射頻(RF)電路和易受幹擾的邏輯設備之間,供電電路中濾除高頻傳導幹擾,計算機,打印機,錄像機(VCRS),電視係統和手提電話中的EMI噪聲抑止。
磁珠的單位是歐姆,因為磁珠的單位是按照它在某一頻率產生的阻抗來標稱的,阻抗的單位也是歐姆。磁珠的DATASHEET上一般會提供頻率和阻抗的特性曲線圖,一般以100MHz為標準,比如是在100MHz頻率的時候磁珠的阻抗相當於1000歐姆。針對我們所要濾波的頻段需要選取磁珠阻抗越大越好,通常情況下選取600歐姆阻抗以上的。
另外選擇磁珠時需要注意磁珠的通流量,一般需要降額80%處理,用在電源電路時要考慮直流阻抗對壓降影響。
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