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電磁兼容性元件：共模電感、磁珠、濾波電容器
日期：2024-07-04 09:51
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摘要：一、共模電感
由于EMC所面臨的問(wèn)題大多是共模干擾，因此共模電感是常用的有力元件之一。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，它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。
工作原理：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)。...
一、共模電感
由于EMC所面臨的問(wèn)題大多是共模干擾，因此共模電感是常用的有力元件之一。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，它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。
工作原理：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)電壓的承受能力。
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。
二、磁珠
鐵氧體材料是鐵鎂合金或鐵鎳合金，這種材料具有很高的導磁率，它可以使電感的線(xiàn)圈繞組之間在高頻高阻的情況下產(chǎn)生的電容*小。
鐵氧體材料通常在高頻情況下應用，因為在低頻時(shí)他們主要呈電感特性，使得線(xiàn)上的損耗很小。
在高頻情況下，它們主要呈電抗特性，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，這是由它的電阻特性決定的。
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。
1、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。
2、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。
三、濾波電容器
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：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；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。
1、穿心電容
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。
2、安規電容
安規電容是指電容器失效后，不會(huì )導致電擊，不危及人身**的**電容器。安規電容通常只用于抗干擾電路中的濾波作用。它們用在電源濾波器里，起到電源濾波作用，分別對共模，差模干擾起濾波作用。
由于EMC所面臨的問(wèn)題大多是共模干擾，因此共模電感是常用的有力元件之一。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，它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。
工作原理：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)電壓的承受能力。
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。
二、磁珠
鐵氧體材料是鐵鎂合金或鐵鎳合金，這種材料具有很高的導磁率，它可以使電感的線(xiàn)圈繞組之間在高頻高阻的情況下產(chǎn)生的電容*小。
鐵氧體材料通常在高頻情況下應用，因為在低頻時(shí)他們主要呈電感特性，使得線(xiàn)上的損耗很小。
在高頻情況下，它們主要呈電抗特性，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，這是由它的電阻特性決定的。
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。
1、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。
2、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。
三、濾波電容器
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：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；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。
1、穿心電容
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。
2、安規電容
安規電容是指電容器失效后，不會(huì )導致電擊，不危及人身**的**電容器。安規電容通常只用于抗干擾電路中的濾波作用。它們用在電源濾波器里，起到電源濾波作用，分別對共模，差模干擾起濾波作用。
