磁珠和電感在解決EMI和EMC方面的作用有什么區(qū)別,,各有什么特點,,是不是使用磁珠的效果會更好一點呢?
從原理上來說,,磁珠可等效成一個電感,,所以磁珠在EMI和EMC電路中就相當(dāng)于一個抑制電感的作用,主要是對高頻傳導(dǎo)干擾信號進行抑制,。
磁珠可等效成一個電感,,但這個等效電感與電感線圈是有區(qū)別的,磁珠與電感線圈的最大區(qū)別就是,,電感線圈有分布電容,。因此,電感線圈就相當(dāng)于一個電感與一個分布電容并聯(lián),。如圖1所示,。圖1中,LX為電感線圈的等效電感(理想電感),,RX為線圈的等效電阻,,CX為電感的分布電容。
理論上對傳導(dǎo)干擾信號進行抑制,,要求抑制電感的電感量越大越好,,但對于電感線圈來說,電感量越大,,則電感線圈的分布電容也越大,,兩者的作用將會互相抵消。
圖2是普通電感線圈的阻抗與頻率的關(guān)系圖,,由圖中可以看出,,電感線圈的阻抗開始的時候是隨著頻率升高而增大的,但當(dāng)它的阻抗增大到最大值以后,,阻抗反而隨著頻率升高而迅速下降,,這是因為并聯(lián)分布電容的作用,。當(dāng)阻抗增到最大值的地方,就是電感線圈的分布電容與等效電感產(chǎn)生并聯(lián)諧振的地方,。圖中,,L1 》 L2 》 L3,由此可知電感線圈的電感量越大,,其諧振頻率就越低,。從圖2中可以看出,如果要對頻率為1MHz的干擾信號進行抑制,,選用L1倒不如選用L3,,因為 L3的電感量要比L1小十幾倍,因此L3的成本也要比L1低很多,。
如果我們還要對抑制頻率進一步提高,,那么我們最后選用的電感線圈就只好是它的最小極限值,只有1圈或不到1圈了,。磁珠,,即穿心電感,就是一個匝數(shù)小于1圈的電感線圈,。但穿心電感比單圈電感線圈的分布電容小好幾倍到幾十倍,,因此,穿心電感比單圈電感線圈的工作頻率更高,。
穿心電感的電感量一般都比較小,大約在幾微亨到幾十微亨之間,,電感量大小與穿心電感中導(dǎo)線的大小以及長度,,還有磁珠的截面積都有關(guān)系,但與磁珠電感量關(guān)系最大的還要算磁珠的相對導(dǎo)磁率 ,。圖3,、圖4是分別是指導(dǎo)線和穿心電感的原理圖,計算穿心電感時,,首先要計算一根圓截面直導(dǎo)線的電感,,然后計算結(jié)果乘上磁珠相對導(dǎo)磁率 就可以求出穿心電感的電感量。
另外,,當(dāng)穿心電感的工作頻率很高時,,在磁珠體內(nèi)還會產(chǎn)生渦流,這相當(dāng)于穿心電感的導(dǎo)磁率要降低,,此時,,我們一般都使用有效導(dǎo)磁率 。有效導(dǎo)磁率 就是在某個工作頻率之下,,磁珠的相對導(dǎo)磁率,。但由于磁珠的工作頻率都只是一個范圍,,因此在實際應(yīng)用中多用平均導(dǎo)磁率 。
在低頻時,,一般磁珠的相對導(dǎo)磁率都很大(大于100),,但在高頻時其有效導(dǎo)磁率只有相對導(dǎo)磁率的幾分之一,甚至幾十分之一,。因此,,磁珠也有截止頻率的問題,所謂截止頻率,,就是使磁珠的有效導(dǎo)磁率下降到接近1時的工作頻率fc,,此時磁珠已經(jīng)失去一個電感的作用。一般磁珠的截止頻率fc都在 30~300MHz之間,,截止頻率的高低與磁珠的材料有關(guān),,一般導(dǎo)磁率越高的磁芯材料,其截止頻率fc反而越低,,因為低頻磁芯材料渦流損耗比較大,。使用者在進行電路設(shè)計的時候,可要求磁芯材料的提供商提供磁芯工作頻率與有效導(dǎo)磁率 的測試數(shù)據(jù),,或穿心電感在不同工作頻率之下的曲線圖,。圖5是穿心電感的頻率曲線圖。
磁珠另一個用途就是用來做電磁屏蔽,,它的電磁屏蔽效果比屏蔽線的屏蔽效果還要好,,這是一般人不太注意的。其使用方法就是讓一雙導(dǎo)線從磁珠中間穿過,,那么當(dāng)有電流從雙導(dǎo)線中流過時,,其產(chǎn)生的磁場將大部份集中在磁珠體內(nèi),磁場不會再向外輻射,;由于磁場在磁珠體內(nèi)會產(chǎn)生渦流,,渦流產(chǎn)生電力線的方向與導(dǎo)體表面電力線的方向正好相反,互相可以抵消,,因此,,磁珠對于電場同樣有屏蔽作用,即:磁珠對導(dǎo)體中的電磁場有很強的屏蔽作用,。
使用磁珠進行電磁屏蔽的優(yōu)點是磁珠不用接地,,可以免去屏蔽線要求接地的麻煩。用磁珠作為電磁屏蔽,,對于雙導(dǎo)線來說,,還相當(dāng)于在線路中接了一個共模抑制電感,對共模干擾信號有很強的抑制作用,。
由此可知,,電感線圈主要是用于對低頻干擾信號進行EMI抑制,,而磁珠主要是對高頻干擾信號進行EMI抑制,因此,,對一個頻帶很寬的干擾信號進行EMI抑制,,必須同時采用多個不同性質(zhì)的電感才會有效。另外,,對共模傳導(dǎo)干擾信號進行EMI抑制,,還要注意抑制電感與Y電容的連接位置。Y電容和抑制電感盡量靠近電源的輸入端,,即電源插座的位置,,并且高頻電感要盡量靠近Y電容,而Y電容還要盡量靠近與大地連接的地線(三心電源線的地線),,這對EMI抑制才有效,。
附件:
1、圓截面直導(dǎo)線電感與穿芯電感的計算:
如圖3所示圓截面直導(dǎo)線,,其電感為:
[H] (1)
其中:
L:圓截面直導(dǎo)線的電感[H]
:導(dǎo)線長度[m]
r:導(dǎo)線半徑[m]
:真空導(dǎo)磁率,, [H/m]
【說明】這是在》》 r的條件下的計算公式。當(dāng)圓截面直導(dǎo)線的外部有磁珠時,,簡稱磁珠,,磁珠的電感是圓截面直導(dǎo)線的電感的倍,是磁芯的相對導(dǎo)磁率,, ,,為磁芯的導(dǎo)磁率,也稱絕對導(dǎo)磁率,,是一個無單位的常數(shù),,它很容易通過實際測量來求得。