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整合電磁兼容性元件:共模電感、磁珠、濾波電容器

發(fā)布時間:2019-03-04 責任編輯:lina

【導讀】電子線路設計者往往只考慮產品的功能,而沒有將功能和電磁兼容性(即EMC,是指設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運行并不對其環(huán)境中的任何設備產生無法忍受的電磁干擾的能力)綜合考慮,因此產品在完成其功能的同時,也產生了大量的功能性騷擾及其它騷擾。
 
電子線路設計者往往只考慮產品的功能,而沒有將功能和電磁兼容性(即EMC,是指設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運行并不對其環(huán)境中的任何設備產生無法忍受的電磁干擾的能力)綜合考慮,因此產品在完成其功能的同時,也產生了大量的功能性騷擾及其它騷擾。電子線路的電磁兼容性設計應從幾方面考慮,也有很多元器件可以選擇。
 
一、共模電感
 
由于EMC所面臨的問題大多是共模干擾,因此共模電感是常用的有力元件之一。共模電感是一個以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件,它由兩個尺寸相同,匝數相同的線圈對稱地繞制在同一個鐵氧體環(huán)形磁芯上,形成一個四端器件,它對于共模信號呈現出大電感具有抑制作用,而對于差模信號呈現出很小的漏電感幾乎不起作用。
 
整合電磁兼容性元件:共模電感、磁珠、濾波電容器
 
工作原理:流過共模電流時磁環(huán)中的磁通相互疊加,從而具有相當大的電感量,對共模電流起到抑制作用;而當兩線圈流過差模電流時,磁環(huán)中的磁通相互抵消,幾乎沒有電感量,所以差模電流可以無衰減地通過。
 
因此共模電感在平衡線路中能有效地抑制共模干擾信號,而對線路正常傳輸的差模信號無影響。
 
共模電感在制作時應滿足以下要求:
 
(1)繞制在線圈磁芯上的導線要相互絕緣,以保證在瞬時過電壓作用下線圈的匝間不發(fā)生擊穿短路;
 
(2)當線圈流過瞬時大電流時,磁芯不要出現飽和;
 
(3)線圈中的磁芯應與線圈絕緣,以防止在瞬時過電壓作用下兩者之間發(fā)生擊穿;
 
(4)線圈應盡可能繞制單層,這樣做可減小線圈的寄生電容,增強線圈對瞬時過電壓的承受能力。
 
通常情況下,同時注意選擇所需濾波的頻段,共模阻抗越大越好,因此我們在選擇共模電感時需要看器件資料,主要根據阻抗頻率曲線選擇。另外選擇時注意考慮差模阻抗對信號的影響,主要關注差模阻抗,特別注意高速端口。
 
二、磁珠
 
鐵氧體材料是鐵鎂合金或鐵鎳合金,這種材料具有很高的導磁率,它可以使電感的線圈繞組之間在高頻高阻的情況下產生的電容最小。
 
整合電磁兼容性元件:共模電感、磁珠、濾波電容器
 
鐵氧體材料通常在高頻情況下應用,因為在低頻時他們主要呈電感特性,使得線上的損耗很小。
 
在高頻情況下,它們主要呈電抗特性,并且隨頻率改變。實際應用中,鐵氧體材料是作為射頻電路的高頻衰減器使用的。實際上,鐵氧體較好的等效于電阻以及電感的并聯(lián),低頻下電阻被電感短路,高頻下電感阻抗變得相當高,以至于電流全部通過電阻。鐵氧體是一個消耗裝置,高頻能量在上面轉化為熱能,這是由它的電阻特性決定的。
 
鐵氧體磁珠與普通的電感相比具有更好的高頻濾波特性。鐵氧體在高頻時呈現電阻性,相當于品質因數很低的電感器,所以能在相當寬的頻率范圍內保持較高的阻抗,從而提高高頻濾波效能。
 
1、在低頻段,阻抗由電感的感抗構成,低頻時R很小,磁芯的磁導率較高,因此電感量較大,L起主要作用,電磁干擾被反射而受到抑制;并且這時磁芯的損耗較小,整個器件是一個低損耗、高Q特性的電感,這種電感容易造成諧振,因此在低頻段,有時可能出現使用鐵氧體磁珠后干擾增強的現象。
 
2、在高頻段,阻抗由電阻成分構成,隨著頻率升高,磁芯的磁導率降低,導致電感的電感量減小,感抗成分減小。但是,這時磁芯的損耗增加,電阻成分增加,導致總的阻抗增加,當高頻信號通過鐵氧體時,電磁干擾被吸收并轉換成熱能的形式耗散掉。
 
鐵氧體抑制元件廣泛應用于印制電路板、電源線和數據線上。如在印制板的電源線入口端加上鐵氧體抑制元件,就可以濾除高頻干擾。鐵氧體磁環(huán)或磁珠專用于抑制信號線、電源線上的高頻干擾和尖峰干擾,它也具有吸收靜電放電脈沖干擾的能力。
 
三、濾波電容器
 
盡管從濾除高頻噪聲的角度看,電容的諧振是不希望的,但是電容的諧振并不是總是有害的。當要濾除的噪聲頻率確定時,可以通過調整電容的容量,使諧振點剛好落在騷擾頻率上。
 
在實際工程中,要濾除的電磁噪聲頻率往往高達數百MHz,甚至超過1GHz。對這樣高頻的電磁噪聲必須使用穿心電容才能有效地濾除。
 
普通電容之所以不能有效地濾除高頻噪聲,是因為兩個原因:一個原因是電容引線電感造成電容諧振,對高頻信號呈現較大的阻抗,削弱了對高頻信號的旁路作用;另一個原因是導線之間的寄生電容使高頻信號發(fā)生耦合,降低了濾波效果。
 
1、穿心電容
 
穿心電容之所以能有效地濾除高頻噪聲,是因為穿心電容不僅沒有引線電感造成電容諧振頻率過低的問題,而且穿心電容可以直接安裝在金屬面板上,利用金屬面板起到高頻隔離的作用。但是在使用穿心電容時,要注意的問題是安裝問題。
 
整合電磁兼容性元件:共模電感、磁珠、濾波電容器
 
穿心電容最大的弱點是怕高溫和溫度沖擊,這在將穿心電容往金屬面板上焊接時造成很大困難。許多電容在焊接過程中發(fā)生損壞。特別是當需要將大量的穿心電容安裝在面板上時,只要有一個損壞,就很難修復,因為在將損壞的電容拆下時,會造成鄰近其它電容的損壞。
 
2、安規(guī)電容
 
安規(guī)電容是指電容器失效后,不會導致電擊,不危及人身安全的安全電容器。安規(guī)電容通常只用于抗干擾電路中的濾波作用。它們用在電源濾波器里,起到電源濾波作用,分別對共模,差模干擾起濾波作用。
 
整合電磁兼容性元件:共模電感、磁珠、濾波電容器
 
 
 
 
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