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      消滅EMC的三大利器:電容器/電感/磁珠

      2020年05月25日 09:37:38人氣:2785來源:西安浩南電子科技有限公司

        消滅EMC的三大利器:電容器/電感/磁珠
       
        濾波電容器、共模電感、磁珠在EMC設(shè)計電路中是常見的身影,也是消滅電磁干擾的三大利器。
       
        對于這三者在電路中的作用,相信還有很多工程師搞不清楚,文章從設(shè)計中詳細分析了消滅EMC三大利器的原理。
            01 濾波電容
       
        盡管從濾除頻噪聲的角度看,電容的諧振是不希望的,但是電容的諧振并不是總是有害的。
       
        當要濾除的噪聲頻率確定時,可以通過調(diào)整電容的容量,使諧振點剛好落在騷擾頻率上。
       
        在實際工程中,要濾除的電磁噪聲頻率往往數(shù)百MHz,甚至過1GHz。對這樣頻的電磁噪聲必須使用穿心電容才能地濾除。
       
        普通電容之所以不能地濾除頻噪聲,是因為兩個原因:
       
        (1)一個原因是電容引線電感造成電容諧振,對頻信號呈現(xiàn)較大的阻抗,削弱了對頻信號的旁路作用;
       
        (2)另一個原因是導線之間的寄生電容使頻信號發(fā)生耦合,降低了濾波效果。
       
        穿心電容之所以能地濾除頻噪聲,是因為穿心電容不沒有引線電感造成電容諧振頻率過低的問題。
       
        而且穿心電容可以直接安裝在金屬面板上,利用金屬面板起到頻的作用。但是在使用穿心電容時,要注意的問題是安裝問題。
       
        穿心電容大的弱點是怕溫和溫度沖擊,這在將穿心電容往金屬面板上焊接時造成很大困難。
       
        許多電容在焊接過程中發(fā)生損壞。特別是當需要將大量的穿心電容安裝在面板上時,只要有一個損壞,就很難修復,因為在將損壞的電容拆下時,會造成鄰近其它電容的損壞。
       
        02 共模電感
       
        由于EMC所面臨解決問題大多是共模干擾,因此共模電感也是我們常用的有力元件之一。
       
        共模電感是一個以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件,它由兩個尺寸相同,匝數(shù)相同的線圈對稱地繞制在同一個鐵氧體環(huán)形磁芯上,形成一個四端器件,要對于共模信號呈現(xiàn)出大電感具有抑制作用,而對于差模信號呈現(xiàn)出的漏電感幾乎不起作用。
       
        原理是流過共模電流時磁環(huán)中的磁通相互疊加,從而具有相當大的電感量,對共模電流起到抑制作用,而當兩線圈流過差模電流時,磁環(huán)中的磁通相互抵消,幾乎沒有電感量,所以差模電流可以無衰減地通過。
       
        因此共模電感在平衡線路中能地抑制共模干擾信號,而對線路正常傳輸?shù)牟钅P盘枱o影響。
      image.png
             共模電感在制作時應以下要求:
       
        (1)繞制在線圈磁芯上的導線要相互絕緣,以在瞬時過電壓作用下線圈的匝間不發(fā)生擊穿短路;
       
        (2)當線圈流過瞬時大電流時,磁芯不要出現(xiàn)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(fā)生擊穿;
       
        (4)線圈應盡可能繞制單層,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。
       
        通常情況下,同時注意選擇所需濾波的頻段,共模阻抗越大越好,因此我們在選擇共模電感時需要看器件資料,主要根據(jù)阻抗頻率曲線選擇。
       
        另外選擇時注意考慮差模阻抗對信號的影響,主要關(guān)注差模阻抗,特別注意速端口。
       
        03 磁珠
       
        在產(chǎn)品數(shù)字電路EMC設(shè)計過程中,我們常常會使用到磁珠,鐵氧體材料是鐵鎂合金或鐵鎳合金,這種材料具有很的導磁率,他可以是電感的線圈繞組之間在頻阻的情況下產(chǎn)生的電容小。
       
        鐵氧體材料通常在頻情況下應用,因為在低頻時他們主要程電感特,使得線上的損耗。在頻情況下,他們主要呈電抗特比并且隨頻率改變。實際應用中,鐵氧體材料是作為射頻電路的頻衰減器使用的。
       
        實際上,鐵氧體較好的等效于電阻以及電感的并聯(lián),低頻下電阻被電感短路,頻下電感阻抗變得相當,以至于電流通過電阻。
       
        鐵氧體是一個消耗裝置,頻能量在上面轉(zhuǎn)化為熱能,這是由他的電阻特決定的。鐵氧體磁珠與普通的電感相比具有好的頻濾波特。
       
        鐵氧體在頻時呈現(xiàn)電阻,相當于品質(zhì)因數(shù)的電感器,所以能在相當?shù)念l率范圍內(nèi)保持較的阻抗,從而提頻濾波效能。
       
        在低頻段,阻抗由電感的感抗構(gòu)成,低頻時R,磁芯的磁導率較,因此電感量較大,L起主要作用,電磁干擾被反射而受到抑制;并且這時磁芯的損耗較小,整個器件是一個低損耗、Q特的電感,這種電感造成諧振因此在低頻段,有時可能出現(xiàn)使用鐵氧體磁珠后干擾增強的現(xiàn)象。
       
        在頻段,阻抗由電阻成分構(gòu)成,隨著頻率升,磁芯的磁導率降低,導致電感的電感量減小,感抗成分減小。
       
        但是,這時磁芯的損耗增加,電阻成分增加,導致總的阻抗增加,當頻信號通過鐵氧體時,電磁干擾被吸收并轉(zhuǎn)換成熱能的形式耗散掉。
       
        鐵氧體抑制元件應用于印制電路板、電源線和數(shù)據(jù)線上。如在印制板的電源線入口端加上鐵氧體抑制元件,就可以濾除頻干擾。
       
        鐵氧體磁環(huán)或磁珠于抑制信號線、電源線上的頻干擾和干擾,它也具有吸收靜電放電脈沖干擾的能力。使用片式磁珠還是片式電感主要還在于實際應用場合。
       
        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,使用片式磁珠是佳的選擇。
       
        片式磁珠和片式電感的應用場合
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        片式電感:射頻(RF)和無線通訊,信息設(shè)備,檢波器,汽車電子,蜂窩設(shè)備,尋呼機,音頻設(shè)備,個人數(shù)字助理(PDAs),無線遙控系統(tǒng)以及低壓供電模塊等。
       
        片式磁珠: 時鐘發(fā)生電路,模擬電路和數(shù)字電路之間的濾波,I/O輸入/輸出連接器(比如串口,并口,鍵盤,鼠標,長途,本地局域網(wǎng)),射頻電路和易受干擾的邏輯設(shè)備之間,供電電路中濾除頻傳導干擾,計算機,打印機,錄像機(VCRS),電視系統(tǒng)和手提設(shè)備中的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(chǎn)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曲線圖,一般以100MHz為,比如是在100MHz頻率的時候磁珠的阻抗相當于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8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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