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磁珠和電感抑制EMI和EMC干擾信號的處理方法-恒豐電感廠

文章出處：深圳市恒豐電子有限公司 人氣：745發(fā)表時間：2022-05-26

   磁珠和電感在解決EMI和EMC方面起到什么作用呢?首先我們來看看磁珠和電感的區(qū)別，電感是閉合回路的一種屬性，多用于電源濾波回路，而磁珠主要多用于信號回路，用于EMC對策磁珠主要用于抑制電磁輻射干擾，而電感用于這方面則側(cè)重于抑制傳導(dǎo)性干擾。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(DDR SDRAM,RAMBUS等)都需要在電源輸入部分加磁珠，兩者都可用于處理EMC、EMI問題。

   磁珠和電感在EMI和EMC電路中關(guān)鍵是是對高頻傳導(dǎo)干擾信號進行抑制，也有抑制電感的作用。但從原理方面來看，磁珠可等效成一個電感，等于還是存在一定的區(qū)別，最大區(qū)別在于電感線圈有分布電容。因此，電感線圈就相當于一個電感與一個分布電容并聯(lián)。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(dǎo)干擾信號進行抑制，要求抑制電感的電感量越大越好，但對于電感線圈來說，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(guān)系圖

    圖2是普通電感線圈的阻抗與頻率的關(guān)系圖，由圖中可以看出，電感線圈的阻抗開始的時候是隨著頻率升高而增大的，但當它的阻抗增大到最大值以后，阻抗反而隨著頻率升高而迅速下降，這是因為并聯(lián)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(chǎn)生并聯(lián)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的干擾信號進行抑制，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，那么我們最后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，就是一個匝數(shù)小于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(dǎo)線的大小以及長度，還有磁珠的截面積都有關(guān)系，但與磁珠電感量關(guān)系最大的還要算磁珠的相對導(dǎo)磁率Uy.圖3、圖4是分別是指導(dǎo)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(dǎo)線的電感，然后計算結(jié)果乘上磁珠相對導(dǎo)磁率 就可以求出穿心電感的電感量。
圖3 圓截面直導(dǎo)線的電感圖
圖4 磁珠穿心電感圖

    另外，當穿心電感的工作頻率很高時，在磁珠體內(nèi)還會產(chǎn)生渦流，這相當于穿心電感的導(dǎo)磁率要降低，此時，我們一般都使用有效導(dǎo)磁率。有效導(dǎo)磁率 就是在某個工作頻率之下，磁珠的相對導(dǎo)磁率。但由于磁珠的工作頻率都只是一個范圍，因此在實際應(yīng)用中多用平均導(dǎo)磁率 .

    在低頻時，一般磁珠的相對導(dǎo)磁率都很大(大于100)，但在高頻時其有效導(dǎo)磁率只有相對導(dǎo)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(dǎo)磁率下降到接近1時的工作頻率fc,此時磁珠已經(jīng)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(guān)，一般導(dǎo)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(shè)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(dǎo)磁率 的測試數(shù)據(jù)，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 穿心電感的頻率曲線圖

    磁珠另一個用途就是用來做電磁屏蔽，它的電磁屏蔽效果比屏蔽線的屏蔽效果還要好，這是一般人不太注意的。其使用方法就是讓一雙導(dǎo)線從磁珠中間穿過，那么當有電流從雙導(dǎo)線中流過時，其產(chǎn)生的磁場將大部份集中在磁珠體內(nèi)，磁場不會再向外輻射;由于磁場在磁珠體內(nèi)會產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生電力線的方向與導(dǎo)體表面電力線的方向正好相反，互相可以抵消，因此，磁珠對于電場同樣有屏蔽作用，即：磁珠對導(dǎo)體中的電磁場有很強的屏蔽作用。

    使用磁珠進行電磁屏蔽的優(yōu)點是磁珠不用接地，可以免去屏蔽線要求接地的麻煩。用磁珠作為電磁屏蔽，對于雙導(dǎo)線來說，還相當于在線路中接了一個共模抑制電感，對共模干擾信號有很強的抑制作用。

    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后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(dǎo)，不同的途徑采用不同的抑制方法。前者用磁珠，后者用電感。還需我們注意的地方是共模抑制電感與Y電容的連接位置，那什么是共模抑制電感，就是在地線或其它輸入輸出線之間串聯(lián)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，另一端與一個Y電容相連，Y電容的另一端與大地相連。這是抑制傳導(dǎo)干擾的有效方法。


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