如何利用磁珠和電感解決EMI和EMC

磁珠和電感在解決EMI和EMC方面的作用有什么區(qū)別，各有什么特點(diǎn)，是不是使用磁珠的效果會更好一點(diǎn)呢？
　　磁珠專用于抑制信號線、電源線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(yīng)用頻率 范圍很少超過50MHZ. 磁珠有很高的電阻率和磁導(dǎo)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結(jié)構(gòu)（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能量卻是無用的電磁干擾沿著線路傳輸和輻射（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，而濾除交流信號。通常高頻信號為30MHz以上，然 而，低頻信號也會受到片式磁珠的影響。磁珠有很高的電阻率和磁導(dǎo)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，在高頻時呈現(xiàn)阻性，所以能在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)保持較高的阻抗，從而提高調(diào)頻濾波效果。
　　磁珠可等效成一個電感，但 這個等效電感與電感線圈是有區(qū)別的，磁珠與電感線圈的最大區(qū)別就是，電感線圈有分布電容。因此，電感線圈就相當(dāng)于一個電感與一個分布電容并聯(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。
　　
　　電感器（電感線圈）和變壓器均是用絕緣導(dǎo)線（例如漆包線、紗包線等）繞制而成的電磁感應(yīng)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(dāng) 線圈中有電流通過時，線圈的周圍就會產(chǎn)生磁場。當(dāng)線圈中電流發(fā)生變化時，其周圍的磁場也產(chǎn)生相應(yīng)的變化，此變化的磁場可使線圈自身產(chǎn)生感應(yīng)電動勢（電動勢 用以表示有源元件理想電源的端電壓），這就是自感。兩個電感線圈相互靠近時，一個電感線圈的磁場變化將影響另一個電感線圈，這種影響就是互感?；ジ械拇笮?取決于電感線圈的自感與兩個電感線圈耦合的程度，利用此原理制成的元件叫做互感器。
　　理論上對傳導(dǎo)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，電感線圈的阻抗開始的時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，如果要對頻率為1MHz的干擾信號進(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(dǎo)磁率 。圖3、圖4是分別是指導(dǎo)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(dǎo)線的電感，然后計算結(jié)果乘上磁珠相對導(dǎo)磁率就可以求出穿心電感 的電感量。
　　
　　另外，當(dāng)穿心電感的工作頻率很高時，在磁珠體內(nèi)還會產(chǎn)生渦流，這相當(dāng)于穿心電感的導(dǎo)磁率要降低，此時，我們一般都使用有效導(dǎo)磁率 。有效導(dǎo)磁率就是在某個工作頻率之下，磁珠的相對導(dǎo)磁率。但由于磁珠的工作頻率都只是一個范圍，因此在實(shí)際應(yīng)用中多用平均導(dǎo)磁率 。
　　在低頻時，一般磁珠的相對導(dǎo)磁率都很大（大于100），但在高頻時其有效導(dǎo)磁率只有相對導(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時的工作頻率fc，此時磁珠已經(jīng)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(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(dǎo)磁率的測試數(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。
　　
　　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(dǎo)線從磁珠中間穿過，那么當(dāng)有 電流從雙導(dǎo)線中流過時，其產(chǎn)生的磁場將大部份集中在磁珠體內(nèi)，磁場不會再向外輻射;由于磁場在磁珠體內(nèi)會產(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，磁珠對于電場同樣有屏蔽作用，即：磁珠對導(dǎo)體中的電磁場有很強(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，對于雙導(dǎo)線來說，還相當(dāng)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(qiáng)的抑制作用。
　　由此可知，電感線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，對一個頻帶很寬的干擾信號進(jìn)行EMI抑制， 必須同時采用多個不同性質(zhì)的電感才會有效。另外，對共模傳導(dǎo)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（三心電源線的地線），這對EMI抑制才有效。
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