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磁珠和電感在解決EMI和EMC方麵的作用

星之球激光 來源:電子工程網2012-06-20 我要評論(0 )   

磁 珠和電感在解決(jue) EMI和EMC方麵的作用有什麽(me) 區別,各有什麽(me) 特點,是不是使用磁珠的效果會(hui) 更好一點呢? 從(cong) 原理上來說,磁珠可等效成一個(ge) 電感,所以磁珠在EMI和EMC電路中...

       磁珠和電感在解決(jue) EMI和EMC方麵的作用有什麽(me) 區別,各有什麽(me) 特點,是不是使用磁珠的效果會(hui) 更好一點呢?
  從(cong) 原理上來說,磁珠可等效成一個(ge) 電感,所以磁珠在EMI和EMC電路中就相當於(yu) 一個(ge) 抑製電感的作用,主要是對高頻傳(chuan) 導幹擾信號進行抑製。
  磁珠可等效成一個(ge) 電感,但這個(ge) 等效電感與(yu) 電感線圈是有區別的,磁珠與(yu) 電感線圈的最大區別就是,電感線圈有分布電容。因此,電感線圈就相當於(yu) 一個(ge) 電感與(yu) 一個(ge) 分布電容並聯。如圖1所示。圖1中,LX為(wei) 電感線圈的等效電感(理想電感),RX為(wei) 線圈的等效電阻,CX為(wei) 電感的分布電容。
 

   c1.jpg

 

  理論上對傳(chuan) 導幹擾信號進行抑製,要求抑製電感的電感量越大越好,但對於(yu) 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(liang) 者的作用將會(hui) 互相抵消。
 

   c2.jpg

 

  圖2是普通電感線圈的阻抗與(yu) 頻率的關(guan) 係圖,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後,阻抗反而隨著頻率升高而迅速下降,這是因為(wei) 並聯分布電容的作用。當阻抗增到最大值的地方,就是電感線圈的分布電容與(yu) 等效電感產(chan) 生並聯諧振的地方。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(cong) 圖2中可以看出,如果要對頻率為(wei) 1MHz的幹擾信號進行抑製,選用L1倒不如選用L3,因為(wei) 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(men) 還要對抑製頻率進一步提高,那麽(me) 我們(men) 最後選用的電感線圈就隻好是它的最小極限值,隻有1圈或不到1圈了。磁珠,即穿心電感,就是一個(ge) 匝數小於(yu) 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(yu) 穿心電感中導線的大小以及長度,還有磁珠的截麵積都有關(guan) 係,但與(yu) 磁珠電感量關(guan) 係最大的還要算磁珠的相對導磁率 1266903099-215640.gif
 

。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麵直導線的電感,然後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。

   c3.jpg

 

   c4.jpg

 

  另外,當穿心電感的工作頻率很高時,在磁珠體(ti) 內(nei) 還會(hui) 產(chan) 生渦流,這相當於(yu) 穿心電感的導磁率要降低,此時,我們(men) 一般都使用有效導磁率 。有效導磁率 就是在某個(ge) 工作頻率之下,磁珠的相對導磁率。但由於(yu) 磁珠的工作頻率都隻是一個(ge) 範圍,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(大於(yu) 100),但在高頻時其有效導磁率隻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(ge) 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(yu) 磁珠的材料有關(guan) ,一般導磁率越高的磁芯材料,其截止頻率fc反而越低,因為(wei) 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(yu) 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。
 

   c5.jpg

 

  磁珠另一個(ge) 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(cong) 磁珠中間穿過,那麽(me) 當有電流從(cong) 雙導線中流過時,其產(chan) 生的磁場將大部份集中在磁珠體(ti) 內(nei) ,磁場不會(hui) 再向外輻射;由於(yu) 磁場在磁珠體(ti) 內(nei) 會(hui) 產(chan) 生渦流,渦流產(chan) 生電力線的方向與(yu) 導體(ti) 表麵電力線的方向正好相反,互相可以抵消,因此,磁珠對於(yu) 電場同樣有屏蔽作用,即:磁珠對導體(ti) 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(you) 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(wei) 電磁屏蔽,對於(yu) 雙導線來說,還相當於(yu) 在線路中接了一個(ge) 共模抑製電感,對共模幹擾信號有很強的抑製作用。
  由此可知,電感線圈主要是用於(yu) 對低頻幹擾信號進行EMI抑製,而磁珠主要是對高頻幹擾信號進行EMI抑製,因此,對一個(ge) 頻帶很寬的幹擾信號進行EMI抑製,必須同時采用多個(ge) 不同性質的電感才會(hui) 有效。另外,對共模傳(chuan) 導幹擾信號進行EMI抑製,還要注意抑製電感與(yu) Y電容的連接位置。Y電容和抑製電感盡量靠近電源的輸入端,即電源插座的位置,並且高頻電感要盡量靠近Y電容,而Y電容還要盡量靠近與(yu) 大地連接的地線(三心電源線的地線),這對EMI抑製才有效。#p#分頁標題#e#
  附件:
  1、圓截麵直導線電感與(yu) 穿芯電感的計算:
  如圖3所示圓截麵直導線,其電感為(wei) :
 

   c6.gif

[H] (1)

 

  其中:
  L:圓截麵直導線的電感[H]
   1266903329-215645.gif
  r:導線半徑[m]
   c7.gif
  【說明】這是在 c9.gif
 

:導線長度[m]

:真空導磁率, c8.gif

[H/m]

》》 r的條件下的計算公式。當圓截麵直導線的外部有磁珠時,簡稱磁珠,磁珠的電感是圓截麵直導線的電感的倍,是磁芯的相對導磁率, c10.gif

c11.gif為(wei) 磁芯的導磁率,也稱絕對導磁率,是一個(ge) 無單位的常數,它很容易通過實際測量來求得。

 

 

 

 

 

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