EMI對策元件和電路保護元件的發(fā)展與應用

1前言

隨著(zhù)電子產(chǎn)品的發(fā)展，特別是在我國加入WTO后與世界經(jīng)濟接軌的宏觀(guān)環(huán)境下，人們對各類(lèi)電子產(chǎn)品的電磁兼容性與可靠性、安全性提出了更高的要求。這就極大地促進(jìn)了EMI對策電子元件與電路保護電子元件的飛速發(fā)展，成為電子元件領(lǐng)域中的1個(gè)熱點(diǎn)，引起人們的極大關(guān)注。這類(lèi)電子元件品種繁多，雖然近兩年沒(méi)有出現什么特別令人注目的新發(fā)明、新品種，但是這類(lèi)電子元件型號規格的增多、參數范圍的擴大以及抑制電磁干擾能力和保護電路能力的提升都非常顯著(zhù)。特別是在這類(lèi)電子元件的應用方面，應用范圍的迅速擴大與需求量的急劇上升，都是十分驚人的。本文著(zhù)重介紹其應用情況及市場(chǎng)前景。

2EMI對策元件的新進(jìn)展

2.1微小型化

迫于電子產(chǎn)品向更小、更輕、更靈巧的方向發(fā)展，EMI對策元件繼續向微小型化發(fā)展，如片式磁珠和片式電容器的主流封裝尺寸已經(jīng)逐步從1608(0603)過(guò)渡到1005(0402);又如日本村田新發(fā)布的3繞組共模扼流圈的尺寸僅為2.5mm×2.0mm×1.2mm;在 3.2mm×1.6mm×1.15mm的尺寸內封裝了兩個(gè)共模扼流圈陣列。

2.2高頻化

目前，電子產(chǎn)品向高頻化發(fā)展的趨勢十分明顯，如計算機的時(shí)鐘頻率提高到幾百兆赫乃至千兆赫;數字無(wú)線(xiàn)傳輸的頻率也達到2GHz以上;無(wú)繩電話(huà)的頻率從45MHz提高到2400MHz等，因而由高次諧波引起的噪聲也相應出現在更高的頻率范圍，EMI對策元件也隨著(zhù)向高頻化發(fā)展，例如，疊層型片式磁珠的抑制頻率提高到GHz范圍。國內南虹、順絡(luò )、麥捷以及國外的Murata、TDK、Taiyo-yuden、AEM、Vishay等公司都已推出性能優(yōu)良的GHz片式磁珠，其抑制噪聲頻率在600MHz～3GHz，滿(mǎn)足了高速數字電路的要求;村田的3端片式穿心陶瓷電容器的抑制頻率范圍為3MHz～2000MHz;TDK開(kāi)發(fā)的1005(0402)片式電感器的使用頻率達到12GHz。

2.3復合化和多功能化

在電子產(chǎn)品中經(jīng)常有排線(xiàn)部位，如I/O排線(xiàn)。為了使用方便，節省PCB面積，加快表面貼裝速度，一些片式EMI對策元件已經(jīng)陣列化。在1個(gè)封裝內通常含有2、4、6、8個(gè)EMI對策元件。此外，將不同功能的EMI對策元件組合在1個(gè)封裝內，達到多功能的目的。如將噪聲抑制功能與靜電放電保護功能組合在一起;將電容器與電感器或電阻器組合在一起;將共模噪聲抑制與差模噪聲抑制組合在一起等，都體現了向多功能化發(fā)展的趨勢。

2.4新材料和新元件

眾所周知，尖晶石型軟磁鐵氧體和BaTiO3基陶瓷材料在EMI對策中占有十分重要的位置。近年來(lái)，又開(kāi)發(fā)出一些新型材料，可用于抗電磁干擾，如6角晶系鐵氧體材料、金屬磁粉材料、非晶及超細晶金屬磁性材料、高分子磁性材料、高分子介質(zhì)材料、復合介質(zhì)材料及納米材料等。

這些新型材料將在電磁兼容領(lǐng)域嶄露頭角，值得人們密切關(guān)注。EMI對策元件也有很多進(jìn)展，如Murata公司，在3端片式電容器(疊層型片式穿心電容器)的基礎上，又開(kāi)發(fā)出含有電阻器的3端片式電容器NFR系列、含有電感器的3端片式電容器NFW系列、含有兩個(gè)磁珠的3端片式電容器NFL系列，以及Ni電極、大電流(6A)、大容量(1?F)系列等;鐵氧體薄膜共模扼流圈的封裝尺寸為3.2mm×1.5mm×1.15mm，在100MHz時(shí)，其共模阻抗可達550?，而其差模阻抗不超過(guò)10?，特別適用于高速數字信號線(xiàn);疊層型片式3繞組共模扼流圈的尺寸僅為2.5mm×2.0mm×1.2mm，它可以非常有效地在音頻信號線(xiàn)上抑制來(lái)自高速數字電路的高頻噪聲而不會(huì )造成聲音的畸變和串音，在最新款式的袖珍音影電子產(chǎn)品(如MP3)中，十分受歡迎;薄膜扼流圈陣列的尺寸為 3.2mm×1.6mm×1.15mm，內部封裝了2個(gè)共模扼流圈;TDK將一個(gè)共模扼流圈和一個(gè)差模扼流圈封裝在一起，尺寸僅為 3.2mm×2.5mm×2.3mm;英國的Syfer公司將2個(gè)Y電容器和1個(gè)X電容器集成在一起，構成1個(gè)疊層型片式X2Y電容器組件，同時(shí)抑制共模和差模噪聲，其封裝規格為2012(0805)和3216(1206)，用于DC電源濾波器。美國的AVX公司深入研究了疊層型片式穿心濾波電容器(FeedthroughFilterCapacitor)，經(jīng)過(guò)精心設計內部電路，將70%的寄生支路電感轉移成輸入/輸出線(xiàn)上的串聯(lián)電感，起到1個(gè)T 形低通濾波器的作用，從而顯著(zhù)提高自諧振頻率，加寬對噪聲抑制的頻寬和強度。該公司還開(kāi)發(fā)了一種新材料，用疊層技術(shù)解決了R-C組合問(wèn)題，避開(kāi)了陶瓷膜-銀電極-釕系電阻膜共燒的復雜工藝，開(kāi)發(fā)出一系列稱(chēng)之為Z產(chǎn)品的組件，如R-C組件、R-C-R低通濾波器及其陣列等。

3EMI對策元件的應用

如前所述，對各類(lèi)電子產(chǎn)品的電磁兼容性能要求越來(lái)越嚴格，迫使各類(lèi)電子產(chǎn)品中必須安裝大量的不同性能、不同規格的EMI對策元件，從而為EMI對策元件產(chǎn)業(yè)開(kāi)拓了廣闊的市場(chǎng)空間。為了說(shuō)明這種趨勢，下面列舉 14種常用電子產(chǎn)品中EMI對策元件的使用狀況，供大家參考。

3.1家用電器

電冰箱、空調、洗衣機、微波爐、熱水器等家電都是電磁干擾源。它們在開(kāi)關(guān)/啟動(dòng)或出現故障時(shí)，都會(huì )產(chǎn)生瞬間電壓尖峰和浪涌電流以及高頻電磁干擾，并將這些電磁干擾輸入電網(wǎng)或輻射到周?chē)臻g。這都有可能超出電磁兼容標準所允許的范圍，導致這樣的家電不能進(jìn)入市場(chǎng)。為了避免出現這些問(wèn)題，應在家用電器的電源輸入端安裝相應規格的電源濾波器，甚至在插頭、插座、接線(xiàn)板上都應安裝低頻EMI濾波器，可見(jiàn)需求量很大。

3.2直流/交流電源

各種電源無(wú)處不在，需求量很大，有人估計到2005年僅通信電源的市場(chǎng)規模就能達到近百億元。電源的發(fā)展方向之一就是滿(mǎn)足電磁兼容要求。在直流電源中，一般都插入1個(gè)共模扼流圈，抑制共模噪聲;在輸出線(xiàn)上串入鐵氧休磁珠和3端電容器，抑制差模噪聲。目前通信用直流電源的主流輸出電壓為3.3V，正向1.8V過(guò)渡，該直流低電壓是由降壓開(kāi)關(guān)電源輸出的，直流電壓越低，噪聲的影響越大。在交流電源中，一般采用由共模扼流圈和X2Y電容器組成的低通濾波器，扼流圈和兩個(gè)Y電容器抑制共模噪聲，X電容器抑制差模噪聲，必要時(shí)可以再加入一個(gè)X電容器和兩個(gè)磁珠。