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電磁兼容測試中,磁珠和電感在解決EMC和EMI方面有何效果?

來源:深圳市楚英豪科技有限公司   2024年05月28日 10:42  

磁珠和電感正在解決EMIEMC層次效果有什么不同,各有什么特點(diǎn),應(yīng)用磁珠效果會(huì)更好嗎?原則上,磁珠可以等同于一個(gè)電感,所以磁珠在原理上EMI和EMC電路等于抑制電感,主要是抑制高頻傳輸電磁干擾。

磁珠可以等同于電感,但這種等效電感不同于電感線圈。磁珠與電感線圈的最大區(qū)別在于電感線圈具有分布電容。因此,電感線圈相當(dāng)于電感與電容并聯(lián)。如圖1所示。在圖1中,LX等效電感(理想電感),RX線圈的等效電阻,CX電感的分布電容。

理論上抑制傳輸電磁干擾,規(guī)定抑制電感的電感越大越好,但對于電感線圈,電感越多,電感線圈的分布電容越大,兩者的效果可能相互抵抗。


普通電感線圈的阻抗與頻率之間的關(guān)系圖。從圖中可以看出,電感線圈的阻抗隨頻率的增加而增加,但當(dāng)其阻抗增加到最高值時(shí),由于并聯(lián)電容的作用,阻抗隨頻率的增加而迅速下降。當(dāng)阻抗增加到最高值時(shí),電感線圈的分布電容等效電感引起并聯(lián)諧振。在圖中,L1>L2>L3.可見電感線圈的電感越多,諧振頻率越低。從圖2可以看出,如果頻率為1,MHz抑制電磁干擾,選擇L1還不如采用L3,由于L3的電感比L一小十倍以上,因此L3成本也要比L1低很多。

如果我們想進(jìn)一步提高抑制頻率,那么我們最終選擇的電感線圈必須是它的最小規(guī)定值,只有1圈或不到1圈。磁珠,即穿心電感,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幾倍到幾十倍,因此穿心電感的輸出功率高于單圈電感線圈。

穿心電感的電感量一般比較小,大概在幾微亨到幾十微亨之間。電感量的大小與穿心電感中導(dǎo)線的大小和長度以及磁珠的截面有關(guān),但與磁珠電感量的是磁珠的相對導(dǎo)磁率。圖3.圖4是指導(dǎo)線和穿心電感的原理圖。在計(jì)算穿心電感時(shí),首先計(jì)算圓截面直導(dǎo)線的電感,然后乘以磁珠的相對導(dǎo)磁率計(jì)算穿心電感的電感。

此外,當(dāng)穿心電感的輸出功率很高時(shí),磁珠體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生渦旋,相當(dāng)于減少穿心電感的導(dǎo)磁率。此時(shí),我們通常使用合理的導(dǎo)磁率。合理的導(dǎo)磁率是磁珠在一定輸出功率下的相對導(dǎo)磁率。但由于磁珠的工作頻率只是一個(gè)范疇,所以平均導(dǎo)磁率在實(shí)際應(yīng)用中很常用。

低頻時(shí),一般磁珠的相對導(dǎo)磁率很高(超過100),但高頻時(shí)的合理導(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,磁珠也有截止頻率問題頻率是將磁珠的高效導(dǎo)磁率降低到接近1時(shí)的工作頻率fc,此時(shí),磁珠已經(jīng)失去了電感的功效。一般磁珠的截至頻率fc都在30~300MHz中間,截止頻率與磁珠材料有關(guān),一般磁芯材料導(dǎo)磁率越高,截止頻率越高fc相反,低頻磁芯材料的渦流損耗越小。用戶在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí),可以規(guī)定磁芯材料供應(yīng)商對磁芯輸出功率和合理導(dǎo)磁率進(jìn)行數(shù)據(jù)測試,或者各輸出功率下穿心電感的趨勢圖。圖5是穿心電感的次數(shù)趨勢圖。

磁珠的另一個(gè)用途是做電磁屏蔽,它的電磁屏蔽效果比屏蔽線的屏蔽效果好,這是普通人不太注意的。其應(yīng)用方法是讓一雙導(dǎo)線穿過磁珠中間,當(dāng)電流從雙導(dǎo)線流過時(shí),大部分磁場集中在磁珠中,磁場不會(huì)輻射;因?yàn)榇艌鲈诖胖橹挟a(chǎn)生渦旋,渦旋導(dǎo)致電纜方向與導(dǎo)體表面電纜方向相反,相互抵抗,因此磁珠對電場也有屏蔽作用,即磁珠對導(dǎo)體中的磁場有很強(qiáng)的屏蔽作用。

利用磁珠進(jìn)行電磁屏蔽的優(yōu)點(diǎn)是磁珠不需要接地,可以避免屏蔽線接地的麻煩。用磁珠作為電磁屏蔽,對于雙導(dǎo)線,也相當(dāng)于連接路線中的共模抑制電感,對共模干擾信號有很強(qiáng)的抑制作用。

可見,電磁兼容測試中,電感線圈主要用于低頻電磁干擾EMI抑制,磁珠主要用于高頻干擾信號EMI抑制,因此,對一個(gè)寬頻段的電磁干擾進(jìn)行了抑制,EMI抑制,必須同時(shí)選擇多種不同性質(zhì)的電感才能合理。此外,共模傳輸電磁干擾還應(yīng)進(jìn)行EMI抑制,要注意抑制電感與Y電容的連接。Y電容和抑制電感應(yīng)盡可能靠近電源的鍵入端,即電源插頭的位置,高頻電感應(yīng)盡可能靠近Y電容,Y電容應(yīng)盡可能靠近連接地面的地線(三心電源線的地線)EMI抑制是有效的。



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