5張圖讓你讀懂 EMI和EMC電路中磁珠和電感起到的不同作用

磁珠和電感在解決EMI和EMC方面各與什么作用，首先我們來(lái)看看磁珠和電感的區(qū)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(hào)回路，用于EMC對(duì)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(cè)重于抑制傳導(dǎo)性干擾。磁珠是用來(lái)吸收超高頻信號(hào)，象一些RF電 路，PLL，振蕩電路，含超高頻存儲(chǔ)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(wèn)題。

磁珠和電感在EMI和EMC電路中關(guān)鍵是是對(duì)高頻傳導(dǎo)干擾信號(hào)進(jìn)行抑制，也有抑制電感的作用。但從原理方面來(lái)看，磁珠可等效成一個(gè)電感，等于還是存在一定的 區(qū)別，最大區(qū)別在于電感線圈有分布電容。因此，電感線圈就相當(dāng)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(duì)傳導(dǎo)干擾信號(hào)進(jìn)行抑制，要求抑制電感的電感量越大越好，但對(duì)于電感線圈來(lái)說(shuō)，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(huì)互相抵消。

圖2 普通電感線圈的阻抗與頻率的關(guān)系圖

圖 2是普通電感線圈的阻抗與頻率的關(guān)系圖，由圖中可以看出，電感線圈的阻抗開(kāi)始的時(shí)候是隨著頻率升高而增大的，但當(dāng)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?yàn)椴⒙?lián)分布電容的作用。當(dāng)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(chǎn)生并聯(lián)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(duì)頻率為1MHZ的干擾信號(hào)進(jìn)行抑制，選用L1倒不如選用L3，因?yàn)?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(duì)抑制頻率進(jìn)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(gè)匝數(shù)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(dǎo)線的大小以及長(zhǎng)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(duì)導(dǎo)磁率Uy.圖3、圖4是分別是指導(dǎo)線和穿心電感的原理圖，計(jì)算穿心電感時(shí)，首先要計(jì)算一根圓截面直導(dǎo)線的電感，然后計(jì)算結(jié)果乘上磁 珠相對(duì)導(dǎo)磁率 就可以求出穿心電感的電感量。

圖3 圓截面直導(dǎo)線的電感圖

圖4 磁珠穿心電感圖

另外，當(dāng)穿心電感的工作頻率很高時(shí)，在磁珠體內(nèi)還會(huì)產(chǎn)生渦流，這相當(dāng)于穿心電感的導(dǎo)磁率要降低，此時(shí)，我們一般都使用有效導(dǎo)磁率。有效導(dǎo)磁率 就是在某個(gè)工作頻率之下，磁珠的相對(duì)導(dǎo)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(yīng)用中多用平均導(dǎo)磁率。

在低頻時(shí)，一般磁珠的相對(duì)導(dǎo)磁率都很大（大于100），但在高頻時(shí)其有效導(dǎo)磁率只有相對(duì)導(dǎo)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(wèn)題， 所謂截止頻率，就是使磁珠的有效導(dǎo)磁率下降到接近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(dǎo)磁率越高的磁芯材料，其截止頻率fc反而越低，因?yàn)榈皖l磁芯材料渦流損耗比較大。使用者在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)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(dǎo)磁率 的測(cè)試數(shù)據(jù)，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(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(dǎo)線從磁珠中間穿過(guò)，那么當(dāng)有 電流從雙導(dǎo)線中流過(guò)時(shí)，其產(chǎn)生的磁場(chǎng)將大部份集中在磁珠體內(nèi)，磁場(chǎng)不會(huì)再向外輻射;由于磁場(chǎng)在磁珠體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生電力線的方向與導(dǎo)體表面電力線 的方向正好相反，互相可以抵消，因此，磁珠對(duì)于電場(chǎng)同樣有屏蔽作用，即：磁珠對(duì)導(dǎo)體中的電磁場(chǎng)有很強(qiáng)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，可以免去屏蔽線要求接地的麻煩。用磁珠作為電磁屏蔽，對(duì)于雙導(dǎo)線來(lái)說(shuō)，還相當(dāng)于在線路中接了一個(gè)共模抑制電感，對(duì)共模干擾信號(hào)有很強(qiáng)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(gè)途徑，即：輻射和傳導(dǎo)，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(lián)電感，這個(gè)電感稱為共模抑制電感，共模抑制電感的一端與機(jī)器中的地線（公共端）相連，另一端與 一個(gè)Y電容相連，Y電容的另一端與大地相連。這是抑制傳導(dǎo)干擾的最有效方法。