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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?

點(diǎn)擊次數:110 更新時(shí)間:2024-05-28

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(xiàn)圈。磁珠與電感線(xiàn)圈的最大區別在于電感線(xiàn)圈具有分布電容。因此,電感線(xiàn)圈相當于電感與電容并聯(lián)。如圖1所示。在圖1中,LX等效電感(理想電感),RX線(xiàn)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,規定抑制電感的電感越大越好,但對于電感線(xiàn)圈,電感越多,電感線(xiàn)圈的分布電容越大,兩者的效果可能相互抵抗。


普通電感線(xiàn)圈的阻抗與頻率之間的關(guān)系圖。從圖中可以看出,電感線(xiàn)圈的阻抗隨頻率的增加而增加,但當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。當阻抗增加到最高值時(shí),電感線(xiàn)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(jiàn)電感線(xiàn)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(xiàn)圈必須是它的最小規定值,只有1圈或不到1圈。磁珠,即穿心電感,是一個(gè)匝數小于1圈的電感線(xiàn)圈。但穿心電感比單圈電感線(xiàn)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(xiàn)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線(xiàn)的大小和長(cháng)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磁率。圖3.圖4是指導線(xiàn)和穿心電感的原理圖。在計算穿心電感時(shí),首先計算圓截面直導線(xiàn)的電感,然后乘以磁珠的相對導磁率計算穿心電感的電感。

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

低頻時(shí),一般磁珠的相對導磁率很高(超過(guò)100),但高頻時(shí)的合理導磁率只有相對導磁率的幾分之一甚至幾十分之一。因此,磁珠也有截止頻率問(wèn)題頻率是將磁珠的高效導磁率降低到接近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(hù)在進(jìn)行電路設計時(shí),可以規定磁芯材料供應商對磁芯輸出功率和合理導磁率進(jìn)行數據測試,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(xiàn)的屏蔽效果好,這是普通人不太注意的。其應用方法是讓一雙導線(xiàn)穿過(guò)磁珠中間,當電流從雙導線(xiàn)流過(guò)時(shí),大部分磁場(chǎng)集中在磁珠中,磁場(chǎng)不會(huì )輻射;因為磁場(chǎng)在磁珠中產(chǎn)生渦旋,渦旋導致電纜方向與導體表面電纜方向相反,相互抵抗,因此磁珠對電場(chǎng)也有屏蔽作用,即磁珠對導體中的磁場(chǎng)有很強的屏蔽作用。

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(xiàn)接地的麻煩。用磁珠作為電磁屏蔽,對于雙導線(xiàn),也相當于連接路線(xiàn)中的共模抑制電感,對共模干擾信號有很強的抑制作用。

可見(jiàn),電磁兼容測試中,電感線(xiàn)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電容和抑制電感應盡可能靠近電源的鍵入端,即電源插頭的位置,高頻電感應盡可能靠近Y電容,Y電容應盡可能靠近連接地面的地線(xiàn)(三心電源線(xiàn)的地線(xiàn))EMI抑制是有效的。



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