搜索如何辨別EMI和EMC電路中磁珠和電感起到的不同作用
2017-07-01 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
磁珠和電感在解決EMI和EMC方面各與什么作用,首先我們來看看磁珠和電感的區別,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重于抑制傳導性干擾。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電路中關鍵是是對高頻傳導干擾信號進行抑制,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別,最大區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。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系圖
圖2是普通電感線圈的阻抗與頻率的關系圖,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并聯諧振的地方。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線的大小以及長度,還有磁珠的截面積都有關系,但與磁珠電感量關系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。
圖3 圓截面直導線的電感圖
圖4 磁珠穿心電感圖
另外,當穿心電感的工作頻率很高時,在磁珠體內還會產生渦流,這相當于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。但由于磁珠的工作頻率都只是一個范圍,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(大于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,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 的測試數據,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線從磁珠中間穿過,那么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;由于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,磁珠對于電場同樣有屏蔽作用,即:磁珠對導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,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。這是抑制傳導干擾的最有效方法。
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