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滤波电容器跟共模电感和磁珠是怎样消除电磁干扰的

来源:   发布时间:2019-07-25   点击量:1842

滤波电容,共模电感和磁珠在EMC设计电路中很常见,是消除电磁干扰的三大工具。对于这三个在电路中的作用,我相信很多工程师都不清楚。本文从设计和设计出发,详细分析了消除EMC三大武器的原则。
三大利器之滤波电容器
虽然从滤波高频噪声的角度来看,电容器谐振是不可取的,但电容器谐振并不总是有害的。当确定要滤波的噪声频率时,可以调整电容使谐振点落在干扰频率上。
在实际工程中,要过滤的电磁噪声频率往往高达几百兆,甚至超过1兆。对于这种高频电磁噪声,必须使用穿透电容器有效过滤。普通电容器无法有效过滤高频噪声的原因有两个。其中一个原因是电容导感引起电容共振,对高频信号产生较大阻抗,削弱了对高频信号的旁路效应。另一个原因是导线之间的寄生电容导致高频信号的耦合,降低了滤波效果。
通过中心电容可以有效地滤除高频噪声,因为直通中心电容不仅存在导联电感导致电容谐振频率过低的问题,而且可以直接安装在金属板上,金属板起到高频隔离的作用。然而,当使用穿透电容器时,需要注意的问题是安装问题。穿透电容的最大弱点是对高温和温度冲击的恐惧,这使得铁芯通孔电容器很难焊接到金属面板上。许多电容器在焊接过程中损坏。特别是当需要在面板上安装大量穿透电容器时,只要有损坏,就很难修复,因为当损坏的电容器被移除时,就会对其他电容器造成损害。

三大利器之共模电感

由于EMC面临的问题主要是共模干扰,因此共模电感也是常用的强大元件之一。共模电感是以铁氧体为核心的共模干扰抑制装置。它由两个相同的尺寸组成。具有相同匝数的线圈对称地缠绕在相同的铁氧体环形磁芯上以形成四端子器件,其对共模信号具有抑制效应并且具有小的电感。漏电感几乎不起作用。原理是当共模电流流过时,磁环中的磁通量相互叠加,因此电感相对较大,共模电流受到抑制,当两个线圈流过差模电流时,磁环中的磁性通过相互抵消,几乎没有电感,因此差模电流可以无衰减地通过。因此,共模电感器可以有效地抑制平衡线中的共模干扰信号,并且对线路正常传输的差模信号没有影响。
共模电感器制造时应符合下列要求:
1)绕组线圈芯上的导线必须彼此绝缘,以确保在瞬时过电压下线圈之间没有故障短路。
2)当线圈流过瞬时大电流时,磁芯不应饱和。
3)线圈中的磁芯应与线圈绝缘,以防止两者在瞬态过电压下发生故障。
4)线圈应尽量单层绕制,减少线圈的寄生电容,提高线圈提供瞬时过电压的能力。
在正常情况下,注意同时选择要过滤的频带。共模阻抗越大,越好。因此,在选择共模电感时,需要考虑器件数据,主要是基于阻抗频率曲线。此外,在选择时,我们还会注意差模阻抗对信号的影响。我们主要注意差模阻抗,特别注意高速端口。
三大利器之磁珠
在产品数字电路EMC设计过程中,经常使用磁珠。铁素体材料是铁-镁合金或铁-镍合金.该材料具有较高的导电性,可作为高频、高电阻电容最小的电感线圈。铁氧体材料由于其在低频时的主电感特性,通常在高频下使用,因此在线路上的损耗很小。在高频下,它们主要表现为电抗比和随频率的变化。在实际应用中,铁氧体材料被用作射频电路的高频衰减器。实际上,铁氧体相当于电阻和电感的并联,电阻在低频是由电感短路的,并且在高频时电感阻抗变得相当高,使得所有的电流都通过电阻。铁氧体是一种将高频能量转化为热能的耗能装置,由铁氧体的电阻特性决定。
铁氧体磁珠比普通电感器具有更好的高频滤波特性。铁氧体在高频下表现出电阻,相当于具有低品质因数的电感,因此它可以在相对宽的频率范围内保持高阻抗,从而提高高频滤波性能。在低频带中,阻抗由电感器的感抗组成。 R在低频时较小,并且磁芯的磁导率高。因此,电感大,L起主要作用,反射和抑制电磁干扰;和磁芯的损耗很小,整个器件是低损耗,高Q值的电感。这种电感很容易引起共振。因此,在低频范围内,有时会发生使用铁氧体磁珠后的干扰增强。在高频带中,阻抗由电阻分量组成。随着频率增加,磁芯的磁导率降低,导致电感器的电感减小和电感分量减小。然而,此时,磁芯的损耗增加,并且电阻分量增加,导致总阻抗增加。当高频信号通过铁氧体时,电磁干扰被吸收并转换成热能消散。
铁氧体抑制元件广泛应用于印刷电路板、电源线和数据线。如果在印刷电路板电源线入口处增加铁氧体抑制元件,可以滤除高频干扰。铁氧体磁环或磁珠是专门为抑制信号线和电力线的高频干扰和尖峰干扰而设计的。它们还具有吸收静电放电脉冲干扰的能力。
片状珠子或片状电感的使用主要是在实际应用中,需要在谐振电路中使用片状电感(pp)和电源接口,在共振电路中使用片状电感的有:单片/memi的并联电路,在电视中需要消除不需要的并联电路/声门电路的高频输出电路,过滤式射频串接电路,使用片状磁珠和片状电感的最佳选择:无线电电感(rf)和
磁珠的单位是欧姆,因为磁珠的单位是标称的,根据它在一定频率产生的阻抗,而且阻抗单位也是欧姆。磁珠数据表一般以100 MHz为基础,给出了磁珠的频率和阻抗特征曲线,例如,在100 MHz频率下,磁珠的阻抗相当于1000欧姆。考虑到我们要过滤的频带,磁珠阻抗越大,越好。通常,选择600欧姆阻抗。
另外,在选择磁珠时,需要注意磁珠的磁通量。通常,需要80%的降额。使用电源电路时,应考虑直流阻抗对电压降的影响。
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