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电磁可具有兼容性的元器件:共模电感、磁珠、滤波电容器

来源:   发布时间:2019-09-12   点击量:1401

电子电路设计者往往只考虑产品的功能,而不考虑功能和电磁兼容性(即EMC,即设备或系统在其电磁环境中工作的能力,并且没有能力在其环境中产生无法忍受的电磁干扰),因此,在产品运行期间也产生了大量功能性性骚扰和其他骚扰。电子电路的电磁兼容性设计应从几个方面加以考虑,并且有许多元件可供选择。
一、共模电感

由于EMC面临的问题主要是共模干扰,因此共模电感是最常用的强大元件之一。共模电感是以铁氧体为核心的共模干扰抑制装置。它通过两个相同尺寸和相同匝数的线圈对称地缠绕在同一铁氧体环形磁芯上,形成一个四端子。该器件对共模信号呈现大电感,对表现出小漏电感的差模信号几乎没有影响。

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工作原理:磁环中的磁通在流过共模电流时相互叠加,因此具有相当大的电感,抑制共模电流;而当两个线圈流过差模电流时,磁环中的磁通会抵消共模电流。彼此之间,几乎没有电感,所以差模电流可以通过而不衰减。

因此,共模电感器可以有效地抑制平衡线路中的共模干扰信号,但对线路正常传输的差模信号没有影响。
共模电感器在制造时应满足以下要求:
(1)绕在线圈芯上的导线应相互绝缘,以保证在瞬时过电压作用下线圈匝间不发生击穿短路。
(2)当线圈流过瞬时大电流时,磁芯不应饱和;
(3)线圈中的磁芯应与线圈绝缘,以防止两者在瞬态过电压下击穿;
(4)线圈应尽量绕成单层,以减少线圈的寄生电容,提高线圈对瞬时过电压的承受能力。
一般情况下,选择所需滤波器的频带是很重要的,共模阻抗越好,所以在选择共模电感时需要看到器件的数据,主要是根据阻抗频率曲线。此外,还应注意差动模阻抗对信号的影响,主要涉及差动模阻抗,特别是高速端口。
二、磁珠
     铁氧体材料是铁镁合金或铁镍合金。该材料具有高磁导率,这使得在高频率和高电阻下电感器的线圈绕组之间产生的电容最小化。

      


铁氧体材料通常用于高频,因为在低频时它们主要是电感材料,这使得在线损耗非常小。

在高频下,它们主要是电抗和随频率变化。在实际应用中,铁氧体材料被用作射频电路的高频衰减器。实际上,铁氧体相当于电阻和电感的并联,电阻在低频是由电感短路的,并且在高频时电感阻抗变得相当高,使得所有的电流都通过电阻。铁氧体是由其电阻特性决定的高频能量转化为热能的消耗装置。

      铁氧体磁珠比普通电感器具有更好的高频滤波特性。铁氧体在高频下表现出电阻,相当于具有低品质因数的电感,因此它可以在相对宽的频率范围内保持高阻抗,从而提高高频滤波性能。
1。在低频段,阻抗由电感组成。在低频时,r小,磁芯的磁导率高,因此电感大,l起主要作用,反射抑制电磁干扰。此时,磁芯损耗小,整个器件是一个低损耗、高Q特性的电感,容易产生谐波。因此,在低频段,使用铁氧体磁珠后,有时会产生干扰增强。
2.在高频波段,阻抗由电阻分量组成。随着频率的增加,磁芯的磁导率减小,导致电感和电感的减小。但此时,铁心损耗增加,电阻成分增加,总阻抗增大。当高频信号通过铁氧体时,电磁干扰被吸收并转化为散热形式。
铁氧体抑制元件广泛用于印刷电路板,电源线和数据线。通过在印刷电路板的电源板的输入端添加铁氧体抑制元件,可以滤除高频干扰。铁氧体磁环或磁珠设计用于抑制信号线和电源线上的高频干扰和尖峰干扰。它们还具有吸收静电放电脉冲干扰的能力。
三、滤波电容器
      虽然从滤除高频噪声的角度来看,电容谐振是不可取的,但电容谐振并不总是有害的。当确定要滤波的噪声频率时,可以调整电容使谐振点落在干扰频率上。
      在实际工程中,被滤除的电磁噪声频率往往高达数百GHz,甚至超过1 GHz。对于这种高频电磁噪声,为了有效地滤除,必须使用穿孔电容。
      普通电容不能有效滤除高频噪声的原因有两个:一是电容引线电感引起电容谐振,而高频信号阻抗大,这削弱了旁路效应频率信号;另一个原因是导线之间的寄生电容耦合高频信号,降低了滤波效果。
1、穿心电容
      穿孔电容器之所以能有效滤除高频噪声,是因为穿孔电容器不仅没有引线电感,而且可以直接安装在金属面板上,利用金属面板隔离高频。但在使用穿孔电容器时,应注意安装问题。

      


穿透电容的最大弱点是对高温和温度冲击的恐惧,这使得难以将芯通孔焊接到金属板上。许多电容器在焊接过程中损坏。特别是当需要在面板上安装大量的穿透电容器时,只要存在损坏,就难以修复,因为当损坏的电容器被移除时,会导致对其它电容器的损坏。
2、安规电容
      安全电容器是指在电容器发生故障后不会导致触电的安全电容器,并且不会危及人身安全。安全电容器通常仅用于抗干扰电路中的滤波。它们用于电源滤波器中以过滤电源并分别过滤共模和差模干扰。


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