一文让你读懂消灭电磁干扰的三大利器:电容器/电感/磁珠

2021-07-05 东佳电子
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滤波电容器共模电感磁珠在EMC设计电路中是常见的身影,也是消灭电磁干扰的三大利器。


对于这三者在电路中的作用,相信还有很多人还不是很清楚,文章从设计中详细分析了消灭EMC三大利器的原理。

 

【滤波电容】

尽管从滤除高频噪声的角度看,电容的谐振是不希望的,但是电容的谐振并不是总是有害的。


当要滤除的噪声频率确定时,可以通过调整电容的容量,使谐振点刚好落在骚扰频率上。


在实际工程中,要滤除的电磁噪声频率往往高达数百MHz,甚至超过1GHz。对这样高频的电磁噪声必须使用穿心电容才能有效地滤除。



普通电容之所以不能有效地滤除高频噪声,是因为两个原因:

(1)一个原因是电容引线电感造成电容谐振,对高频信号呈现较大的阻抗,削弱了对高频信号的旁路作用;

(2)另一个原因是导线之间的寄生电容使高频信号发生耦合,降低了滤波效果。

 

穿心电容之所以能有效地滤除高频噪声,是因为穿心电容不仅没有引线电感造成电容谐振频率过低的问题。


而且穿心电容可以直接安装在金属面板上,利用金属面板起到高频隔离的作用。但是在使用穿心电容时,要注意的问题是安装问题。

 

穿心电容最大的弱点是怕高温和温度冲击,这在将穿心电容往金属面板上焊接时造成很大困难。


许多电容在焊接过程中发生损坏。特别是当需要将大量的穿心电容安装在面板上时,只要有一个损坏,就很难修复,因为在将损坏的电容拆下时,会造成邻近其它电容的损坏。 



【共模电感】

由于EMC所面临解决问题大多是共模干扰,因此共模电感也是我们常用的有力元件之一。


共模电感是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件,它由两个尺寸相同,匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上,形成一个四端器件,要对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用,而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。

原理是流过共模电流时磁环中的磁通相互叠加,从而具有相当大的电感量,对共模电流起到抑制作用,而当两线圈流过差模电流时,磁环中的磁通相互抵消,几乎没有电感量,所以差模电流可以无衰减地通过。


因此共模电感在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号,而对线路正常传输的差模信号无影响。

 

共模电感在制作时应满足以下要求:

(1)绕制在线圈磁芯上的导线要相互绝缘,以保证在瞬时过电压作用下线圈的匝间不发生击穿短路;

(2)当线圈流过瞬时大电流时,磁芯不要出现饱和;

(3)线圈中的磁芯应与线圈绝缘,以防止在瞬时过电压作用下两者之间发生击穿;

(4)线圈应尽可能绕制单层,这样做可减小线圈的寄生电容,增强线圈对瞬时过电压的承受能力。

 

通常情况下,同时注意选择所需滤波的频段,共模阻抗越大越好,因此我们在选择共模电感时需要看器件资料,主要根据阻抗频率曲线选择。


另外选择时注意考虑差模阻抗对信号的影响,主要关注差模阻抗,特别注意高速端口。


【磁珠】

在产品数字电路EMC设计过程中,我们常常会使用到磁珠,铁氧体材料是铁镁合金或铁镍合金,这种材料具有很高的导磁率,他可以是电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容最小。


铁氧体材料通常在高频情况下应用,因为在低频时他们主要程电感特性,使得线上的损耗很小。在高频情况下,他们主要呈电抗特性比并且随频率改变。实际应用中,铁氧体材料是作为射频电路的高频衰减器使用的。


实际上,铁氧体较好的等效于电阻以及电感的并联,低频下电阻被电感短路,高频下电感阻抗变得相当高,以至于电流全部通过电阻。


铁氧体是一个消耗装置,高频能量在上面转化为热能,这是由他的电阻特性决定的。铁氧体磁珠与普通的电感相比具有更好的高频滤波特性。


铁氧体在高频时呈现电阻性,相当于品质因数很低的电感器,所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗,从而提高高频滤波效能。


在低频段,阻抗由电感的感抗构成,低频时R很小,磁芯的磁导率较高,因此电感量较大,L起主要作用,电磁干扰被反射而受到抑制;并且这时磁芯的损耗较小,整个器件是一个低损耗、高Q特性的电感,这种电感容易造成谐振因此在低频段,有时可能出现使用铁氧体磁珠后干扰增强的现象。



在高频段,阻抗由电阻成分构成,随着频率升高,磁芯的磁导率降低,导致电感的电感量减小,感抗成分减小。


但是,这时磁芯的损耗增加,电阻成分增加,导致总的阻抗增加,当高频信号通过铁氧体时,电磁干扰被吸收并转换成热能的形式耗散掉。


铁氧体抑制元件广泛应用于印制电路板、电源线和数据线上。如在印制板的电源线入口端加上铁氧体抑制元件,就可以滤除高频干扰。


铁氧体磁环或磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频干扰和尖峰干扰,它也具有吸收静电放电脉冲干扰的能力。使用片式磁珠还是片式电感主要还在于实际应用场合。


在谐振电路中需要使用片式电感。而需要消除不需要的EMI噪声时,使用片式磁珠是最佳的选择。

 

片式磁珠和片式电感的应用场合

片式电感:射频(RF)和无线通讯,信息技术设备,雷达检波器,汽车电子,蜂窝电话,寻呼机,音频设备,个人数字助理(PDAs),无线遥控系统以及低压供电模块等。


片式磁珠: 时钟发生电路,模拟电路和数字电路之间的滤波,I/O输入/输出内部连接器(比如串口,并口,键盘,鼠标,长途电信,本地局域网),射频电路和易受干扰的逻辑设备之间,供电电路中滤除高频传导干扰,计算机,打印机,录像机(VCRS),电视系统和手提电话中的EMI噪声抑止。


磁珠的单位是欧姆,因为磁珠的单位是按照它在某一频率产生的阻抗来标称的,阻抗的单位也是欧姆。


磁珠的DATASHEET上一般会提供频率和阻抗的特性曲线图,一般以100MHz为标准,比如是在100MHz频率的时候磁珠的阻抗相当于1000欧姆。


针对我们所要滤波的频段需要选取磁珠阻抗越大越好,通常情况下选取600欧姆阻抗以上的。


另外选择磁珠时需要注意磁珠的通流量,一般需要降额80%处理,用在电源电路时要考虑直流阻抗对压降影响。

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EMC Chip Ferrite Bead – TLEA Series

型号- TLEA2012E181TF,TLEA1608D300TF,TLEA1608E601TF,TLEA0603D121TF,TLEA1005U421TF,TLEA1005D152TF,TLEA2012U100TF,TLEA1005E121TF,TLEA3216D601TF,TLEA2012D301TF,TLEA2012U601TF,TLEA2012D121TF,TLEA1005D600TF,TLEA1608U121TF,TLEA1005U601TF,TLEA1608D601TF,TLEA1005U221TF,TLEA1608D202TF,TLEA,TLEA1608D221TF,TLEA0603D241TF,TLEA1608U102TF,TLEA2012D102TF,TLEA 系列,TLEA1005U300TF,TLEA1005 TYPE,TLEA2012D501TF,TLEA3216 TYPE,TLEA3216D221T,TLEA1608U301TF,TLEA2012E102TF,TLEA1005U100TF,TLEA2012E601TF,TLEA2012U221TF,TLEA1005D601TF,TLEA1005D310TF,TLEA3216D122TF,TLEA2012U300TF,TLEA1005D121TF,TLEA1005D102TF,TLEA3216U601TF,TLEA2012D181TF,TLEA1608U600TF,TLEA1608D110TF,TLEA1608D152TF,TLEA2012U421TF,TLEA1005U301TF,TLEA0603D601TF,TLEA1608E121TF,TLEA SERIES,TLEA2012D800TF,TLEA2012D070TF,TLEA1005E601TF,TLEA2012U170TF,TLEA1005D221TF,TLEA2012U102TF,TLEA1608D182TF,TLEA1608U300TF,TLEA2012U121TF,TLEA1608D121TF,TLEA1608D751TF,TLEA2012U700TF,TLEA3216D102TF,TLEA1608D102TF,TLEA1608U100TF,TLEA2012D202TF,TLEA2012U301TF,TLEA0603 TYPE,TLEA2012D221TF,TLEA3216D121TF,TLEA2012 TYPE,TLEA2012D601TF,TLEA3216D310TF,TLEA3216D501TF,TLEA1005E800TF,TLEA2012D751TF,TLEA1608U471TF,TLEA1608U601TF,TLEA1608U221TF,TLEA3216D000TF,TLEA1005D421TF,TLEA1608 TYPE,TLEA1608D800TF,TLEA1608D301TF,TLEA0603D600TF,TLEA3216D800TF,TLEA1005D800TF,TLEA1608E181TF,TLEA1005E241TF,TLEA1005D301TF,TLEA3216D301TF,TLEA2012D421TF,TLEA1608D471TF,TLEA1005U102TF,TLEA2012D190TF,TLEA0603D800TF,TLEA2012D152TF,TLEA3216D600TF,TLEA1005U121TF,TLEA2012D300TF,TLEA1005D100TF,TLEA1005U700TF,TLEA1608D101TF,TLEA2012E501TF,TLEA1005D501TF,TLEA1608D600TF,TLEA2012E301TF,TLEA1608D222TF,TLEA1005D751TF,TLEA1608E102TF,TLEA2012E800TF

2021/12/30  - 韬略科技  - 数据手册 代理服务 技术支持 批量订货 查看更多版本

共模电感:电路中抑制EMI的关键

共模电感是电子电路中使用的关键被动元件,专门设计用于抑制共模电磁干扰(EMI)同时允许差模信号无干扰地传递。它在提升电路的电磁兼容性(EMC)方面扮演着非常重要的角色。本文介绍科或电子共模电感系列产品、工作原理及应用。

2024-06-07 -  应用方案 代理服务 技术支持 批量订货

车载产品大功率DC-DC电源模块EMC整改——接地的重要性

电子产品工作都离不开电源,随着电子行业的发展,电源DC-DC模块也日益朝着体积小、效率高、功率损耗小、开关频率变高的方向发展。但是开关电源DC-DC模块的电磁干扰(EMI),一直都是电磁兼容(EMC)领域的一大常客,尤其是车载领域的产品,大多数都会涉及到金属外壳和零部件,而且功率电源的数目多、功率大,所以接地在EMI问题中是很重要的一环。本文介绍车载产品大功率DC整改-接地的整改案例。

2024-07-11 -  设计经验 代理服务 技术支持 批量订货

EMC与电源时钟的“爱恨情仇”

时钟与电源问题是我们EMC日常遇到最多的噪声问题,需要找到源头、路径,先确定问题点,可借助频谱仪、示波器等设备进行排查噪声源,借助工具准确无误地进行整改,这将使我们的整改事半功倍。

2024-10-25 -  技术探讨 代理服务 技术支持 批量订货
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车规级电感定制

可定制电感可承受4.5KV高压,可适配于30MHz高频应用;支持平共模电感、谐振电感、PFC电感、大电流直流电感等产品电压/频率等参数性能定制;通过AECQ-200认证。

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线圈扼流圈定制

可定制共模扼流圈、DIP功率扼流圈、大电流扼流圈、环形扼流圈/线圈等产品,耐温范围-40℃~125℃,电感量最高1200mH。

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