如何利用磁珠和電感解決EMI和EMC

標簽：磁珠 電感 EMC EMI

磁珠和電感在解決EMI和EMC方面的作用有什么區別，各有什么特點(diǎn)，是不是使用磁珠的效果會(huì )更好一點(diǎn)呢?

磁珠專(zhuān)用于抑制信號線(xiàn)、電源線(xiàn)上的高頻噪聲和尖峰干擾，還具有吸收靜電脈沖的能力。磁珠是用來(lái)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(DDRSDRAM,RAMBUS等)都需要在電源輸入部分加磁珠，而電感是一種蓄能元件，用在LC振蕩電路，中低頻的濾波電路等，其應用頻率范圍很少超過(guò)50MHZ. 磁珠有很高的電阻率和磁導率，等效于電阻和電感串聯(lián)，但電阻值和電感值都隨頻率變化。

磁珠的功能主要是消除存在于傳輸線(xiàn)結構(電路)中的RF噪聲，RF能量是疊加在直流傳輸電平上的交流正弦波成分，直流成分是需要的有用信號，而射頻RF能量卻是無(wú)用的電磁干擾沿著(zhù)線(xiàn)路傳輸和輻射(EMI)。要消除這些不需要的信號能量，使用片式磁珠扮演高頻電阻的角色(衰減器)，該器件允許直流信號通過(guò)，而濾除交流信號。通常高頻信號為30MHz以上，然而，低頻信號也會(huì )受到片式磁珠的影響。磁珠有很高的電阻率和磁導率，他等效于電阻和電感串聯(lián)，但電阻值和電感值都隨頻率變化。 他比普通的電感有更好的高頻濾波特性，在高頻時(shí)呈現阻性，所以能在相當寬的頻率范圍內保持較高的阻抗，從而提高調頻濾波效果。

磁珠可等效成一個(gè)電感，但這個(gè)等效電感與電感線(xiàn)圈是有區別的，磁珠與電感線(xiàn)圈的最大區別就是，電感線(xiàn)圈有分布電容。因此，電感線(xiàn)圈就相當于一個(gè)電感與一個(gè)分布電容并聯(lián)。如圖1所示。圖1中，LX為電感線(xiàn)圈的等效電感(理想電感)，RX為線(xiàn)圈的等效電阻，CX為電感的分布電容。

電感器(電感線(xiàn)圈)和變壓器均是用絕緣導線(xiàn)(例如漆包線(xiàn)、紗包線(xiàn)等)繞制而成的電磁感應元件，也是電子電路中常用的元器件之一，相關(guān)產(chǎn)品如共模濾波器等。當線(xiàn)圈中有電流通過(guò)時(shí)，線(xiàn)圈的周?chē)蜁?huì )產(chǎn)生磁場(chǎng)。當線(xiàn)圈中電流發(fā)生變化時(shí)，其周?chē)拇艌?chǎng)也產(chǎn)生相應的變化，此變化的磁場(chǎng)可使線(xiàn)圈自身產(chǎn)生感應電動(dòng)勢(電動(dòng)勢用以表示有源元件理想電源的端電壓)，這就是自感。兩個(gè)電感線(xiàn)圈相互靠近時(shí)，一個(gè)電感線(xiàn)圈的磁場(chǎng)變化將影響另一個(gè)電感線(xiàn)圈，這種影響就是互感?；ジ械拇笮∪Q于電感線(xiàn)圈的自感與兩個(gè)電感線(xiàn)圈耦合的程度，利用此原理制成的元件叫做互感器。

理論上對傳導干擾信號進(jìn)行抑制，要求抑制電感的電感量越大越好，但對于電感線(xiàn)圈來(lái)說(shuō)，電感量越大，則電感線(xiàn)圈的分布電容也越大，兩者的作用將會(huì )互相抵消。

圖2是普通電感線(xiàn)圈的阻抗與頻率的關(guān)系圖，由圖中可以看出，電感線(xiàn)圈的阻抗開(kāi)始的時(shí)候是隨著(zhù)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(zhù)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(xiàn)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(xiàn)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(jìn)行抑制，選用L1倒不如選用L3，因為L(cháng)3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(jìn)一步提高，那么我們最后選用的電感線(xiàn)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(gè)匝數小于1圈的電感線(xiàn)圈。但穿心電感比單圈電感線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)的大小以及長(cháng)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磁率

。圖3、圖4是分別是指導線(xiàn)和穿心電感的原理圖，計算穿心電感時(shí)，首先要計算一根圓截面直導線(xiàn)的電感，然后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(shí)，在磁珠體內還會(huì )產(chǎn)生渦流，這相當于穿心電感的導磁率要降低，此時(shí)，我們一般都使用有效導磁率 。有效導磁率 就是在某個(gè)工作頻率之下，磁珠的相對導磁率。但由于磁珠的工作頻率都只是一個(gè)范圍，因此在實(shí)際應用中多用平均導磁率 。