磁珠和電感在解決EMI和EMC問(wèn)題上的區別與特點(diǎn)

問(wèn)：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？

答：從原理上來(lái)說(shuō)，磁珠可等效成一個(gè)電感，所以磁珠在EMI和EMC電路中就相當于一個(gè)抑制電感的作用，主要作用是對高頻傳導干擾信號進(jìn)行抑制。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。

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。

圖2 普通電感線(xiàn)圈的阻抗與頻率的關(guān)系圖

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μr 。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μr 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μe 。有效導磁率μe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 μp。

在低頻時(shí)，一般磁珠的相對導磁率μr都很大（大于100），但在高頻時(shí)其有效導磁率μe只有相對導磁率μr 的幾分之一，甚至幾十分之一。因此，磁珠也有截止頻率的問(wèn)題，所謂截止頻率，就是使磁珠的有效導磁率μe下降到接近1時(shí)的工作頻率fc，此時(shí)磁珠已經(jīng)失去一個(gè)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(jìn)行電路設計的時(shí)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μe 的測試數據，或穿心電感在不同工作頻率之下的曲線(xiàn)圖。圖5是穿心電感的頻率曲線(xiàn)圖。

磁珠另一個(gè)用途就是用來(lái)做電磁屏蔽，它的電磁屏蔽效果比屏蔽線(xiàn)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線(xiàn)從磁珠中間穿過(guò)，那么當有電流從雙導線(xiàn)中流過(guò)時(shí)，其產(chǎn)生的磁場(chǎng)將大部份集中在磁珠體內，磁場(chǎng)不會(huì )再向外輻射；由于磁場(chǎng)在磁珠體內會(huì )產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生電力線(xiàn)的方向與導體表面電力線(xiàn)的方向正好相反，互相可以抵消，因此，磁珠對于電場(chǎng)同樣有屏蔽作用，即：磁珠對導體中的電磁場(chǎng)有很強的屏蔽作用。

使用磁珠進(jìn)行電磁屏蔽的優(yōu)點(diǎn)是磁珠不用接地，可以免去屏蔽線(xiàn)要求接地的麻煩。用磁珠作為電磁屏蔽，對于雙導線(xiàn)來(lái)說(shuō)，還相當于在線(xiàn)路中接了一個(gè)共模抑制電感，對共模干擾信號有很強的抑制作用。

由此可知，電感線(xiàn)圈主要是用于對低頻干擾信號進(jìn)行EMI抑制，而磁珠主要是對高頻干擾信號進(jìn)行EMI抑制，因此，對一個(gè)頻帶很寬的干擾信號進(jìn)行EMI抑制，必須同時(shí)采用多個(gè)不同性質(zhì)的電感才會(huì )有效。在進(jìn)行EMI或EMC設計時(shí)，最好根據頻帶要求先按圖2的方法把多個(gè)電感線(xiàn)圈的頻率特性同時(shí)在一個(gè)圖中標出，然后再根據實(shí)際測試結果，調整各電感線(xiàn)圈之間電感量的間隔即可。
另外，對共模傳導干擾信號進(jìn)行EMI抑制，還要注意抑制電感與Y電容的連接位置。Y電容和抑制電感盡量靠近電源的輸入端，即電源插座的位置，并且高頻電感要盡量靠近Y電容，而Y電容還要盡量靠近與大地連接的地線(xiàn)（三心電源線(xiàn)的地線(xiàn)），這對EMI抑制才有效。

附件：
1、圓截面直導線(xiàn)電感與穿芯電感的計算：