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EMC的三大利器：電容器/電感/磁珠
日期：2024-06-25 18:01
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摘要： 濾波電容器、共模電感、磁珠在EMC設計電路中是常見(jiàn)的身影，也是消滅電磁干擾的三大利器。
對于這三者在電路中的作用，相信還有很多工程師搞不清楚，文章從設計中詳細分析了消滅EMC三大利器的原理。
濾波電容
盡管從濾除高頻噪聲的角度看，電容的諧振是不希望的，但是電容的諧振并不是總是有害的。
當要濾除的噪聲頻率確定時(shí)，可以通過(guò)調整電容的容量，使諧振點(diǎn)剛好落在騷擾頻率上。
在實(shí)際工程中，要濾除的電磁噪聲頻率往往高達數百MHz，甚至超過(guò)1GHz。對這樣高頻的電磁噪聲必須使用穿心電容才...
濾波電容器、共模電感、磁珠在EMC設計電路中是常見(jiàn)的身影，也是消滅電磁干擾的三大利器。
當要濾除的噪聲頻率確定時(shí)，可以通過(guò)調整電容的容量，使諧振點(diǎn)剛好落在騷擾頻率上。
在實(shí)際工程中，要濾除的電磁噪聲頻率往往高達數百MHz，甚至超過(guò)1GHz。對這樣高頻的電磁噪聲必須使用穿心電容才能有效地濾除。
普通電容之所以不能有效地濾除高頻噪聲，是因為兩個(gè)原因：
（1）一個(gè)原因是電容引線(xiàn)電感造成電容諧振，對高頻信號呈現較大的阻抗，削弱了對高頻信號的旁路作用；
（2）另一個(gè)原因是導線(xiàn)之間的寄生電容使高頻信號發(fā)生耦合，降低了濾波效果。
穿心電容之所以能有效地濾除高頻噪聲，是因為穿心電容不僅沒(méi)有引線(xiàn)電感造成電容諧振頻率過(guò)低的問(wèn)題。
而且穿心電容可以直接安裝在金屬面板上，利用金屬面板起到高頻隔離的作用。但是在使用穿心電容時(shí)，要注意的問(wèn)題是安裝問(wèn)題。
穿心電容*大的弱點(diǎn)是怕高溫和溫度沖擊，這在將穿心電容往金屬面板上焊接時(shí)造成很大困難。
許多電容在焊接過(guò)程中發(fā)生損壞。特別是當需要將大量的穿心電容安裝在面板上時(shí)，只要有一個(gè)損壞，就很難修復，因為在將損壞的電容拆下時(shí)，會(huì )造成鄰近其它電容的損壞。
共模電感是一個(gè)以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件，它由兩個(gè)尺寸相同，匝數相同的線(xiàn)圈對稱(chēng)地繞制在同一個(gè)鐵氧體環(huán)形磁芯上，形成一個(gè)四端器件，要對于共模信號呈現出大電感具有抑制作用，而對于差模信號呈現出很小的漏電感幾乎不起作用。
原理是流過(guò)共模電流時(shí)磁環(huán)中的磁通相互疊加，從而具有相當大的電感量，對共模電流起到抑制作用，而當兩線(xiàn)圈流過(guò)差模電流時(shí)，磁環(huán)中的磁通相互抵消，幾乎沒(méi)有電感量，所以差模電流可以無(wú)衰減地通過(guò)。
因此共模電感在平衡線(xiàn)路中能有效地抑制共模干擾信號，而對線(xiàn)路正常傳輸的差模信號無(wú)影響。
共模電感在制作時(shí)應滿(mǎn)足以下要求：
（1）繞制在線(xiàn)圈磁芯上的導線(xiàn)要相互絕緣，以保證在瞬時(shí)過(guò)電壓作用下線(xiàn)圈的匝間不發(fā)生擊穿短路；
（2）當線(xiàn)圈流過(guò)瞬時(shí)大電流時(shí)，磁芯不要出現飽和；
（3）線(xiàn)圈中的磁芯應與線(xiàn)圈絕緣，以防止在瞬時(shí)過(guò)電壓作用下兩者之間發(fā)生擊穿；
（4）線(xiàn)圈應盡可能繞制單層，這樣做可減小線(xiàn)圈的寄生電容，增強線(xiàn)圈對瞬時(shí)過(guò)電壓的而授能力。
通常情況下，同時(shí)注意選擇所需濾波的頻段，共模阻抗越大越好，因此我們在選擇共模電感時(shí)需要看器件資料，主要根據阻抗頻率曲線(xiàn)選擇。
另外選擇時(shí)注意考慮差模阻抗對信號的影響，主要關(guān)注差模阻抗，特別注意高速端口。
在高頻段，阻抗由電阻成分構成，隨著(zhù)頻率升高，磁芯的磁導率降低，導致電感的電感量減小，感抗成分減小。
但是，這時(shí)磁芯的損耗增加，電阻成分增加，導致總的阻抗增加，當高頻信號通過(guò)鐵氧體時(shí)，電磁干擾被吸收并轉換成熱能的形式耗散掉。
鐵氧體抑制元件廣泛應用于印制電路板、電源線(xiàn)和數據線(xiàn)上。如在印制板的電源線(xiàn)入口端加上鐵氧體抑制元件，就可以濾除高頻干擾。
鐵氧體磁環(huán)或磁珠專(zhuān)用于抑制信號線(xiàn)、電源線(xiàn)上的高頻干擾和尖峰干擾，它也具有吸收靜電放電脈沖干擾的能力。使用片式磁珠還是片式電感主要還在于實(shí)際應用場(chǎng)合。
在諧振電路中需要使用片式電感。而需要消除不需要的EMI噪聲時(shí)，使用片式磁珠是*佳的選擇。
片式電感：射頻（RF）和無(wú)線(xiàn)通訊，信息技術(shù)設備，雷達檢波器，汽車(chē)電子，蜂窩電話(huà)，尋呼機，音頻設備，個(gè)人數字助理（PDAs），無(wú)線(xiàn)遙控系統以及低壓供電模塊等。
片式磁珠： 時(shí)鐘發(fā)生電路，模擬電路和數字電路之間的濾波，I/O輸入/輸出內部連接器(比如串口，并口，鍵盤(pán)，鼠標，長(cháng)途電信，本地局域網(wǎng))，射頻電路和易受干擾的邏輯設備之間，供電電路中濾除高頻傳導干擾，計算機，打印機，錄像機（VCRS），電視系統和手提電話(huà)中的EMI噪聲抑止。
磁珠的單位是歐姆，因為磁珠的單位是按照它在某一頻率產(chǎn)生的阻抗來(lái)標稱(chēng)的，阻抗的單位也是歐姆。
磁珠的DATASHEET上一般會(huì )提供頻率和阻抗的特性曲線(xiàn)圖，一般以100MHz為標準，比如是在100MHz頻率的時(shí)候磁珠的阻抗相當于1000歐姆。
針對我們所要濾波的頻段需要選取磁珠阻抗越大越好，通常情況下選取600歐姆阻抗以上的。
另外選擇磁珠時(shí)需要注意磁珠的通流量，一般需要降額80%處理，用在電源電路時(shí)要考慮直流阻抗對壓降影響。
對于這三者在電路中的作用，相信還有很多工程師搞不清楚，文章從設計中詳細分析了消滅EMC三大利器的原理。
濾波電容
當要濾除的噪聲頻率確定時(shí)，可以通過(guò)調整電容的容量，使諧振點(diǎn)剛好落在騷擾頻率上。
在實(shí)際工程中，要濾除的電磁噪聲頻率往往高達數百MHz，甚至超過(guò)1GHz。對這樣高頻的電磁噪聲必須使用穿心電容才能有效地濾除。
普通電容之所以不能有效地濾除高頻噪聲，是因為兩個(gè)原因：
（1）一個(gè)原因是電容引線(xiàn)電感造成電容諧振，對高頻信號呈現較大的阻抗，削弱了對高頻信號的旁路作用；
（2）另一個(gè)原因是導線(xiàn)之間的寄生電容使高頻信號發(fā)生耦合，降低了濾波效果。
穿心電容之所以能有效地濾除高頻噪聲，是因為穿心電容不僅沒(méi)有引線(xiàn)電感造成電容諧振頻率過(guò)低的問(wèn)題。
而且穿心電容可以直接安裝在金屬面板上，利用金屬面板起到高頻隔離的作用。但是在使用穿心電容時(shí)，要注意的問(wèn)題是安裝問(wèn)題。
穿心電容*大的弱點(diǎn)是怕高溫和溫度沖擊，這在將穿心電容往金屬面板上焊接時(shí)造成很大困難。
許多電容在焊接過(guò)程中發(fā)生損壞。特別是當需要將大量的穿心電容安裝在面板上時(shí)，只要有一個(gè)損壞，就很難修復，因為在將損壞的電容拆下時(shí)，會(huì )造成鄰近其它電容的損壞。
共模電感
共模電感是一個(gè)以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件，它由兩個(gè)尺寸相同，匝數相同的線(xiàn)圈對稱(chēng)地繞制在同一個(gè)鐵氧體環(huán)形磁芯上，形成一個(gè)四端器件，要對于共模信號呈現出大電感具有抑制作用，而對于差模信號呈現出很小的漏電感幾乎不起作用。
原理是流過(guò)共模電流時(shí)磁環(huán)中的磁通相互疊加，從而具有相當大的電感量，對共模電流起到抑制作用，而當兩線(xiàn)圈流過(guò)差模電流時(shí)，磁環(huán)中的磁通相互抵消，幾乎沒(méi)有電感量，所以差模電流可以無(wú)衰減地通過(guò)。
因此共模電感在平衡線(xiàn)路中能有效地抑制共模干擾信號，而對線(xiàn)路正常傳輸的差模信號無(wú)影響。
共模電感在制作時(shí)應滿(mǎn)足以下要求：
（1）繞制在線(xiàn)圈磁芯上的導線(xiàn)要相互絕緣，以保證在瞬時(shí)過(guò)電壓作用下線(xiàn)圈的匝間不發(fā)生擊穿短路；
（2）當線(xiàn)圈流過(guò)瞬時(shí)大電流時(shí)，磁芯不要出現飽和；
（3）線(xiàn)圈中的磁芯應與線(xiàn)圈絕緣，以防止在瞬時(shí)過(guò)電壓作用下兩者之間發(fā)生擊穿；
（4）線(xiàn)圈應盡可能繞制單層，這樣做可減小線(xiàn)圈的寄生電容，增強線(xiàn)圈對瞬時(shí)過(guò)電壓的而授能力。
通常情況下，同時(shí)注意選擇所需濾波的頻段，共模阻抗越大越好，因此我們在選擇共模電感時(shí)需要看器件資料，主要根據阻抗頻率曲線(xiàn)選擇。
另外選擇時(shí)注意考慮差模阻抗對信號的影響，主要關(guān)注差模阻抗，特別注意高速端口。
磁珠
鐵氧體材料通常在高頻情況下應用，因為在低頻時(shí)他們主要程電感特性，使得線(xiàn)上的損耗很小。在高頻情況下，他們主要呈電抗特性比并且隨頻率改變。實(shí)際應用中，鐵氧體材料是作為射頻電路的高頻衰減器使用的。
實(shí)際上，鐵氧體較好的等效于電阻以及電感的并聯(lián)，低頻下電阻被電感短路，高頻下電感阻抗變得相當高，以至于電流全部通過(guò)電阻。
鐵氧體是一個(gè)消耗裝置，高頻能量在上面轉化為熱能，這是由他的電阻特性決定的。鐵氧體磁珠與普通的電感相比具有更好的高頻濾波特性。
鐵氧體在高頻時(shí)呈現電阻性，相當于品質(zhì)因數很低的電感器，所以能在相當寬的頻率范圍內保持較高的阻抗，從而提高高頻濾波效能。
在低頻段，阻抗由電感的感抗構成，低頻時(shí)R很小，磁芯的磁導率較高，因此電感量較大，L起主要作用，電磁干擾被反射而受到抑制；并且這時(shí)磁芯的損耗較小，整個(gè)器件是一個(gè)低損耗、高Q特性的電感，這種電感容易造成諧振因此在低頻段，有時(shí)可能出現使用鐵氧體磁珠后干擾增強的現象。在高頻段，阻抗由電阻成分構成，隨著(zhù)頻率升高，磁芯的磁導率降低，導致電感的電感量減小，感抗成分減小。
但是，這時(shí)磁芯的損耗增加，電阻成分增加，導致總的阻抗增加，當高頻信號通過(guò)鐵氧體時(shí)，電磁干擾被吸收并轉換成熱能的形式耗散掉。
鐵氧體抑制元件廣泛應用于印制電路板、電源線(xiàn)和數據線(xiàn)上。如在印制板的電源線(xiàn)入口端加上鐵氧體抑制元件，就可以濾除高頻干擾。
鐵氧體磁環(huán)或磁珠專(zhuān)用于抑制信號線(xiàn)、電源線(xiàn)上的高頻干擾和尖峰干擾，它也具有吸收靜電放電脈沖干擾的能力。使用片式磁珠還是片式電感主要還在于實(shí)際應用場(chǎng)合。
在諧振電路中需要使用片式電感。而需要消除不需要的EMI噪聲時(shí)，使用片式磁珠是*佳的選擇。
片式磁珠和片式電感的應用場(chǎng)合
片式電感：射頻（RF）和無(wú)線(xiàn)通訊，信息技術(shù)設備，雷達檢波器，汽車(chē)電子，蜂窩電話(huà)，尋呼機，音頻設備，個(gè)人數字助理（PDAs），無(wú)線(xiàn)遙控系統以及低壓供電模塊等。
片式磁珠： 時(shí)鐘發(fā)生電路，模擬電路和數字電路之間的濾波，I/O輸入/輸出內部連接器(比如串口，并口，鍵盤(pán)，鼠標，長(cháng)途電信，本地局域網(wǎng))，射頻電路和易受干擾的邏輯設備之間，供電電路中濾除高頻傳導干擾，計算機，打印機，錄像機（VCRS），電視系統和手提電話(huà)中的EMI噪聲抑止。
磁珠的單位是歐姆，因為磁珠的單位是按照它在某一頻率產(chǎn)生的阻抗來(lái)標稱(chēng)的，阻抗的單位也是歐姆。
磁珠的DATASHEET上一般會(huì )提供頻率和阻抗的特性曲線(xiàn)圖，一般以100MHz為標準，比如是在100MHz頻率的時(shí)候磁珠的阻抗相當于1000歐姆。
針對我們所要濾波的頻段需要選取磁珠阻抗越大越好，通常情況下選取600歐姆阻抗以上的。
另外選擇磁珠時(shí)需要注意磁珠的通流量，一般需要降額80%處理，用在電源電路時(shí)要考慮直流阻抗對壓降影響。
