磁珠
和電感在解決emi
和emc
方面各與什麼作用,首先我們來看看磁珠
和電感的區別,電感
是閉合迴路的一種屬性,多用於電源濾波迴路,而磁珠
主要多 用於訊號迴路,用於emc
對策磁珠主要用於抑制電磁輻射干擾,而電感用於這方面則側重於抑制傳導性干擾。磁珠是用來吸收超高頻訊號,象一些rf電 路,pll,振盪電路,含超高頻儲存器電路(ddr sdram,rambus等)都需要在電源輸入部分加磁珠,兩者都可用於處理emc
、emi
問題。磁 珠和電感在emi
和emc電路中關鍵是是對高頻傳導干擾訊號進行抑制,也有抑制電感的作用。但從原理方面來看,磁珠可等效成乙個電感,等於還是存在一定的 區別,最大區別在於電感線圈有分布電容。因此,電感線圈就相當於乙個電感與乙個分布電容併聯。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圖
理論上對傳導干擾訊號進行抑制,要求抑制電感的電感量越大越好,但對於電感線圈來說,電感量越大,則電感線圈的分布電容也越大,兩者的作用將會互相抵消。
圖2 普通電感線圈的阻抗與頻率的關係圖
圖 2是普通電感線圈的阻抗與頻率的關係圖,由圖中可以看出,電感線圈的阻抗開始的時候是隨著頻率公升高而增大的,但當它的阻抗增大到最大值以後,阻抗反而隨著 頻率公升高而迅速下降,這是因為併聯分布電容的作用。當阻抗增到最大值的地方,就是電感線圈的分布電容與等效電感產生併聯諧振的地方。圖中,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的干擾訊號進行抑制,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。
如果我們還要對抑制頻率進一步提高,那麼我們最後選用的電感線圈就只好是它的最小極限值,只有1圈或不到1圈了。磁珠,即穿心電感,就是乙個匝數小於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 心電感的電感量一般都比較小,大約在幾微亨到幾十微亨之間,電感量大小與穿心電感中導線的大小以及長度,還有磁珠的截面積都有關係,但與磁珠電感量關係最 大的還要算磁珠的相對導磁率uy.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面直導線的電感,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。
另外,當穿心電感
的工作頻率很高時,在磁珠
體內還會產生渦流,這相當於穿心電感
的導磁率要降低,此時,我們一般都使用有效導磁率。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
的工作頻率都只是乙個範圍,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),但在高頻時其有效導磁率只有相對導磁率的幾分之一,甚至幾十分之一。因此,磁珠也有截止頻率的問題, 所謂截止頻率,就是使磁珠的有效導磁率下降到接近1時的工作頻率fc,此時磁珠已經失去乙個電感
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反而越低,因為低頻磁芯材料渦流損耗比較大。使用者在進行電路設計的時 候,可要求磁芯材料的提供商提供磁芯工作頻率與有效導磁率 的測試資料,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。
磁珠另乙個用途就是用來做電磁遮蔽,它的電磁遮蔽效果比遮蔽線的遮蔽效果還要好,這是一般人不太注意的。其使用方法就是讓一雙導線從磁珠中間穿過,那麼當有 電流從雙導線中流過時,其產生的磁場將大部份集中在磁珠體內,磁場不會再向外輻射;由於磁場在磁珠體內會產生渦流,渦流產生電力線的方向與導體表面電力線 的方向正好相反,互相可以抵消,因此,磁珠對於電場同樣有遮蔽作用,即:磁珠對導體中的電磁場有很強的遮蔽作用。
從上述我們可以了解到,磁珠和電感在emc
、emi
電路中都能起到抑制的作用,主要是抑制方面的不同,而電感在高頻諧振以後都不能再起電感的作用了,先必需 明白emi
的兩個途徑,即:輻射和傳導,不同的途徑採用不同的抑制方法。前者用磁珠,後者用電感。還需我們注意的地方是共模抑制電感與y電容的連線位置, 那什麼是共模抑制電感,就是在地線或其它輸入輸出線之間串聯電感,這個電感稱為共模抑制電感,共模抑制電感的一端與機器中的地線(公共端)相連,另一端與 乙個y電容相連,y電容的另一端與大地相連。這是抑制傳導干擾的最有效方法。
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