磁珠電感器講義

1、EMC電子元器件在電子設(shè)備中的應(yīng)用1一、電磁兼容性(EMC)的基本概念 1.1 電磁兼容性的定義 1.2 電磁干擾的產(chǎn)生 1.3 電磁干擾的頻段劃分 1.4 電磁干擾的危害 1.5 電磁兼容的測(cè)試項(xiàng)目及要求二、振華富EMC電子元器件 1、磁珠 2、磁珠在電路中的應(yīng)用 3、電感器 4、電感器在電路中的應(yīng)用三、EMC電子元器件應(yīng)用領(lǐng)域2一、電磁兼容性(EMC)的基本概念3 電磁兼容性是-設(shè)備和系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境“事物”構(gòu)成不能承受的電磁騷擾能力1.1 電磁兼容性的定義4發(fā)射源產(chǎn)生干擾噪聲的原因a 發(fā)射源的隱性頻率b 發(fā)射源對(duì)接收源所產(chǎn)生的混附波與調(diào)幅干擾c 發(fā)射源的不當(dāng)調(diào)幅調(diào)

2、變輸出d 接收機(jī)本地振蕩噪聲e 時(shí)鐘信號(hào)傳送的衍生噪聲f 電機(jī)裝置如馬達(dá)繼電器g 電力系統(tǒng)如火花電暈噪聲h 閃電雷擊接收源感受干擾噪聲的原因a、接收源射頻頻率選用不當(dāng)造成噪聲滲入干擾b、混附波與調(diào)幅干擾d、電源線噪聲耦合至接收源造成干擾d、電子盒箱柜隔離不佳滲入接收源造成干擾1.2 電磁干擾的產(chǎn)生51.3 電磁干擾的頻段劃分61.4 電磁干擾的危害a、誤操作b、信息丟失c、泄密d、設(shè)備失效e、健康危害71.5 電磁兼容的測(cè)試項(xiàng)目及要求1、 CE10125Hz10KHz電源線傳導(dǎo)發(fā)射2、 CE10210KHz10MHz電源線傳導(dǎo)發(fā)射3、 CE10610KHz40GHz天線端子傳導(dǎo)發(fā)射4、 CE1

3、07電源線尖峰信號(hào)(時(shí)域)傳導(dǎo)發(fā)射5、 CS10125Hz50KHz電源線傳導(dǎo)敏感度6、 CS10315KHz10GHz天線端子互調(diào)傳導(dǎo)敏感度7、 CS10425Hz20GHz天線端子無(wú)用信號(hào)抑制傳導(dǎo)敏感度8、 CS10525Hz20GHz天線端子交調(diào)傳導(dǎo)敏感度9、 CS106電源線尖峰信號(hào)傳導(dǎo)敏感度10、CS10950Hz100KHz殼體電流傳導(dǎo)敏感度811、CS11410KHz400MHz電纜束注入傳導(dǎo)敏感度12、CS115電纜束注入脈沖激勵(lì)傳導(dǎo)敏感度13、CS11610KHz100MHz電纜和電源線阻尼正弦瞬變 傳導(dǎo)敏感度 14、RE10125Hz100KHz磁場(chǎng)輻射發(fā)射15、RE102

4、10KHz18GHz電場(chǎng)輻射發(fā)射16、RE10310KHz40GHz天線諧波和亂真輸出 輻射發(fā)射17、RS10125Hz100KHz磁場(chǎng)輻射敏感度18、RS10310KHz40GHz電場(chǎng)輻射敏感度19、RS105瞬變電磁場(chǎng)輻射敏感度9二、振華富EMC電子元器件10工作原理：通過(guò)吸收發(fā)熱耗散高頻噪聲能量 2.1.1磁珠的特點(diǎn)及工作原理特點(diǎn)：磁珠是一個(gè)耗能元件，阻抗隨頻率變化；在射頻噪聲頻率范圍內(nèi)具有高阻抗,消除傳輸線中的電磁干擾；極好的磁屏蔽結(jié)構(gòu)，不會(huì)產(chǎn)生交叉干擾；較小的直流電阻,保證最小的電壓降，同時(shí)可以避免對(duì)有用信號(hào)產(chǎn)生過(guò)大的衰減；有效的工作在幾十MHz到幾百M(fèi)Hz的頻率范圍內(nèi)；不需要接地，

5、使用時(shí)直接串接在電路上；2.1磁珠112.1.2 磁珠濾除和吸收高頻噪聲的工作原理ZL磁珠工作原理 圖2-1噪聲減小噪聲大RL122.1.3 磁珠的參數(shù)阻抗值（Z）額定電流（Ir）直流電阻（DCR）13 磁珠的單位是歐姆。因?yàn)榇胖榈淖杩故前凑账谀骋活l率點(diǎn)產(chǎn)生的阻抗值來(lái)標(biāo)稱(chēng)的，阻抗的單位也是歐姆。阻抗Z是磁珠中最重要的參數(shù)，阻抗Z可表示為： Z =R(f) 2 + XL(f) 2 式中：電阻R(f)和感抗XL(f) 均為頻率的函數(shù)。 阻抗Z的大小與頻率緊密相關(guān) 阻抗Z值的誤差范圍是： 25% ； 樣本書(shū)上標(biāo)明的阻抗值是在100MHz的測(cè)量值。2.1.4 磁珠的阻抗Z142.1.5 磁珠頻譜曲線

6、圖圖2-215磁珠的等效電路(a)RacRdcLC磁珠的電路符號(hào)(c)Z LRsLs磁珠的等效電路(b)2.1.6 磁珠的等效電路及符號(hào)圖2-316Initial(No filter)MLCB2B3216-470BMLCB2B3216-221BMLCB2B3216 has excellent performance for noise suppression and waveform distortion suppression.MLCB2B3216 suppresses drastically not only spectrum level in more than 100MHz range

7、 but waveform distortion. Comparing initial waveform,ringinf is supppressed alittleHowever there stile remains high level waveform distortionRinging is caused on the signal waveformSuch ringing contains several hundred MHz harmonic components and generates noise2.1.7 磁珠對(duì)數(shù)字脈沖信號(hào)干擾的抑制圖2-417 為了消除電磁干擾，方法

8、之一就是在有源和無(wú)源電子元器件的引線上套上一些很小的管形或環(huán)形的軟磁鐵氧體磁芯，利用鐵氧體材料的電磁損耗機(jī)理有效地消除傳導(dǎo)和輻射的電磁干擾噪聲。這種抗電磁干擾的方法既簡(jiǎn)便又有效，所以獲得了十分廣泛的應(yīng)用。由于串在引線上用于抗電磁干擾的鐵氧體小管或小環(huán)有些像一串珍珠，所以它們得到了一個(gè)很形象化的名稱(chēng)磁珠（Bead）。2.1.8 早期的磁珠18 隨著信息電子產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，特別是數(shù)字電路的高速發(fā)展，各類(lèi)電氣、電子產(chǎn)品已進(jìn)入社會(huì)生活的各個(gè)角落。隨著使用頻率范圍日益擴(kuò)展，頻率使用密度日益增加，使得電磁信號(hào)環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜。更主要的是對(duì)未來(lái)電子設(shè)備和儀器要求微型化、重量輕并便于攜帶，對(duì)元器件的性能要求越來(lái)

9、越高，體積也越來(lái)越小，為了更便于加工生產(chǎn)并要求可靠性更高。疊層片式磁珠的出現(xiàn)是電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然結(jié)果。獨(dú)石型一體化的結(jié)構(gòu)，可靠性高；適合雙表面安裝；閉合磁路，漏磁小，無(wú)交互干擾。 2.1.9 疊層片式磁珠192.1.10 振華富磁珠系列產(chǎn)品202.1.11 電磁干擾抑制部位21 時(shí)鐘發(fā)生電路；模擬電路和數(shù)字電路之間的濾波隔離；I/O輸入/輸出內(nèi)部連接器（比如串口,并口,鍵盤(pán),鼠標(biāo),長(zhǎng)途電信,本地局域網(wǎng)）；射頻（RF）電路和易受干擾的邏輯設(shè)備之間；供電電路中濾除高頻傳導(dǎo)干擾；計(jì)算機(jī),打印機(jī),錄像機(jī)（VCRS）,電視系統(tǒng)和手提電話(huà)中的EMI噪聲抑止；2.1.12 磁珠的應(yīng)用場(chǎng)合22CPUDRAM2

10、.1.13 CB磁珠及CBA磁珠排系列 產(chǎn)品在并行數(shù)據(jù)信號(hào)線上的應(yīng)用VMLCBCAB圖2-5232.1.14 CB及PB系列磁珠在時(shí)鐘電路中的應(yīng)用V正弦波發(fā)生脈沖整形電ZPBZPBZCBZCB圖中 為CB系列磁珠,ZCB為PB系列磁珠dcZPB圖2-624 一般選擇原則是信號(hào)工作頻率越高選擇磁珠的阻抗越小。根據(jù)時(shí)鐘脈沖信號(hào)的工作頻率，選型如下表： 選擇磁珠型號(hào)為CB系列磁珠選用要考慮電路的工作電流、脈沖電流、瞬態(tài)電流和環(huán)境條件（溫度,直流電壓,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度）。 2.1.15 在時(shí)鐘電路中對(duì)磁珠的選型要求工作頻率f(MHz)磁珠阻抗（ ）120 3140 f1001 f40300 120f1 300

11、 f 100f3125 并行數(shù)據(jù)線電路中磁珠的選型要求也是根據(jù)工作頻率越高選擇磁珠的阻抗越小的原則進(jìn)行，可參照時(shí)鐘電路中的選型要求。但對(duì)于數(shù)據(jù)線信號(hào)波形上升沿的要求沒(méi)有時(shí)鐘信號(hào)的要求高，故在選擇時(shí)磁珠的阻抗可比時(shí)鐘電路中的阻抗偏大一些，一般增加值為20%，磁珠可選型號(hào)為CB和CBA磁珠排系列。2.1.16 磁珠在并行數(shù)據(jù)線電路中的選型要求262.1.17 PB及CMW共模電感系列 產(chǎn)品在串行數(shù)據(jù)信號(hào)線上的應(yīng)用串行碼輸串行通信接口ZPBZPBCMW2012-900MDCVccPB型磁珠根據(jù)工作電流選用PB型磁珠選用阻抗值小于10圖2-7272.1.18 PB型系列磁珠在電源電路中的應(yīng)用ZPBDC

12、/DCLVoCIo圖中ZPB的選擇要求是磁珠的額定電流大于Io二倍以上，圖2-8282.1.19 PB系列磁珠在直流供電回路的應(yīng)用L1共模電感121/3A121/2A121/1A0.5A0.2A0.1AVoL差模電感圖2-9292.1.20 PB系列磁珠在摸擬數(shù)字電路中的應(yīng)用ZPB1ZPB2ZPB1ZPB1ZPB2AD1DnVoIo1Io2Io3C1C2圖2-10ZCB302.1.21 PB磁珠在電源電路中的選型要求 a、如圖18所示：圖中ZPB1磁珠是接在正電源到集成電路電源輸入口上，要求靠近集成電路的電源輸入口裝配.器件的選擇以磁珠的額定電流大于電路中Io工作電流二倍以上，阻抗值選8060

13、0 。 b、接在集成電路接地端的ZPB2磁珠的額定電流也要求大于Io電流二倍以上，阻抗典型值選小于10 。 圖中A電路為模擬電路，D為數(shù)字電路。 c、電路中使用了ZPB1和ZPB2作為電源濾波和接地隔離，達(dá)到了數(shù)字電路和模擬電路之間的隔離要求。 一般情況下電源電路中的工作電流越大選擇磁珠的阻抗值越小。 312.1.22 PB及CB系列磁珠在分系統(tǒng)電路板中的應(yīng)用濾波DC/DC信號(hào)控制線輸濾波信號(hào)控制線輸電源輸電源輸輸CBPBPBCB圖2-1132CMW2012-900MRS48560/0.25W1010R61R62AC1AC2ISO Vcc1BISO RO DRVAISO DI INISO DE

14、 INISO COM1ISO DE DRVISO Vcc2ISO DE DRVISO COM2ISO RO LEDVcc1Vcc2D1D2GND1FSSDVcc3DIVcc4DEGND2/R/OVcc528272625242322211234567820191817161591011121314R10R11R12R13R14GND 485隔離RS485總線MAX1480BEPI+5VMLCI2B4532B4R7KBRXDR15R6R7R8R52.1.23 CMW共模電感在串行數(shù)據(jù)信號(hào)線上的應(yīng)用485 GNDTEST201圖2-12332.1.24 CBA磁珠排在數(shù)據(jù)信號(hào)線上的應(yīng)用圖2-1334

15、2.1.25 CMW共模電感在串行數(shù)據(jù)信號(hào)線上的應(yīng)用圖2-14352.1.26 磁珠在輸出線電路中的應(yīng)用圖2-15363.1.1 電感的特點(diǎn)及工作原理3.1 電感特點(diǎn)：電感是一個(gè)儲(chǔ)能元件，阻抗隨頻率變化。在紋波噪聲頻率范圍內(nèi)具有高阻抗,消除傳輸線中的紋波干擾。較小的直流電阻,保證最小的電壓降 。有效的工作在幾十Hz到幾百M(fèi)Hz的頻率范圍內(nèi)。可分為共模電感和差模電感；高頻小信號(hào)電感等，可與電容組合構(gòu)成高效的濾波器、振蕩器、選頻電路等。373.1.2 電感的電路符號(hào)L共模電感器電感器L圖3-1383.1.3 電感器的性能參數(shù)1、電感量L2、品質(zhì)因數(shù)Q3、自諧振頻率SRF4、直流電阻DCR5、額定電

16、流6、飽和電流39 電感量是電感器的最重要參數(shù)，它是在一定頻率的條件下測(cè)得的電感值，在額定使用條件下和工作頻率范圍內(nèi)它是一個(gè)常量。 它的感抗值Z等于： Z=L 感抗是頻率的函數(shù)，在一定的工作頻率范圍內(nèi)頻率越高感抗越大。 電感在相同感值情況下尺寸越大，可靠性越高。3.1.4 電感量(L)403.1.5 品質(zhì)因數(shù)Q 品質(zhì)因數(shù)Q是電感器的另外一個(gè)重要參數(shù)，表示電感器的儲(chǔ)能與耗能之比，根據(jù)下面公式可近似計(jì)算： 通常品質(zhì)因數(shù)Q愈大愈好，在選擇電感器時(shí)，要注意： 品質(zhì)因數(shù)Q在產(chǎn)品樣本或送樣的承認(rèn)書(shū)上標(biāo)出的是最小值； 品質(zhì)因數(shù)Q與測(cè)試頻率有關(guān)，產(chǎn)品樣本上對(duì)應(yīng)電感量的Q值均有對(duì)應(yīng)的測(cè)量頻率； 品質(zhì)因數(shù)Q與電感

17、量有關(guān)。Q =RL413.1.6 自諧頻率SRF 自諧頻率SRF是電感應(yīng)用中值得考慮的一個(gè)重要指標(biāo)，其值越高，說(shuō)明該電感的使用頻率越高。 應(yīng)注意： 自諧頻率SRF與材料及其電感量有關(guān)，電感量越大，SRF越??； 產(chǎn)品樣本上給出的SRF表示最小值； 電感在使用時(shí)的頻率應(yīng)小于SRF，同時(shí)考慮電路所需的Q值。423.1.7 直流電阻DCR 直流電阻DCR是電感器直流下的一個(gè)參數(shù)。一般希望直流電阻DCR愈小愈好，所以： 直流電阻DCR與材料及其電感量有關(guān)，電感量越大，DCR越大； 產(chǎn)品樣本上給出的DCR表示最大值； 低的DCR可以保證最小的電壓降，在大電流工作時(shí)選擇DCR越小越好。433.1.8 額定電

18、流Ir 額定電流Ir是電感器在保證其它參數(shù)在規(guī)定的合理誤差范圍內(nèi)時(shí)的最大工作電流，一般情況下在選用電感時(shí)不能超過(guò)該額定電流， 選擇要求參考如下： Ir1.2Io 式中：Ir是電感器的額定電流， Io是電路工作電流。443.1.9 飽和電流Isat 飽和電流Isat是電感器在磁飽和狀態(tài)下的一個(gè)最大電流參數(shù)，在此狀態(tài)下電感器的電感量極度減小或消失，電感器易發(fā)熱燒壞使其不能正常工作。 一般情況下要避免這種情況發(fā)生。 根據(jù)飽和電流選擇電感器件： Isat2Io453.1.10 電感與電容組成的各型濾波器圖3-2463.2.11 電感的種類(lèi)一、外形分類(lèi) 繞線插件電感 、繞線貼片電感、疊層貼片電感二、功能

19、分類(lèi) a、功率電感（開(kāi)關(guān)電源儲(chǔ)能電感、電源濾波電感等）。 b、高頻小信號(hào)電感（高頻振蕩電感、高頻扼流圈、高頻濾波電感和選頻電路等）。47LGB系列3.2.12 插件電感圖3-3RI系列TI系列LGA系列48插件電感的特點(diǎn)通常用較粗的銅線繞在骨架上，絕大多數(shù)都具有引腳；電感量高，品質(zhì)因素Q較高，額定電流大；需通過(guò)手工插件、焊接，安裝效率低；外形尺寸很大、多，暫無(wú)標(biāo)準(zhǔn)化；磁路不屏蔽，易產(chǎn)生交互干擾。493.2.13 貼片電感圖3-4HWI系列LQH系列NL系列FWI系列50貼片電感SD系列SMRH系列SM系列圖3-551貼片電感的特點(diǎn)工藝?yán)^承性強(qiáng)，體積小型化；可以自動(dòng)貼裝；具有較高的Q值；磁路有帶

20、屏蔽和不屏蔽兩種，帶屏的能較好的防止輻射和交互干擾。523.2.14 疊層貼片電感器鐵氧體電感陶瓷電感圖3-653疊層電感的特點(diǎn)獨(dú)石型一體化的結(jié)構(gòu)，可靠性高；形狀符合EIA標(biāo)準(zhǔn)，適合雙表面安裝；閉合磁路，漏磁小，無(wú)交互干擾 ；電感量較小，電流相對(duì)也小。543.2.15 EMC主要解決方法屏蔽：振蕩器、混頻器等高速信號(hào)收發(fā)連接電路。接地：?jiǎn)吸c(diǎn)及多點(diǎn)，通常低速信號(hào)單點(diǎn)，高速信號(hào)多點(diǎn)。印刷板設(shè)計(jì)：按頻率分區(qū)、盡可能縮短引線長(zhǎng)度。電磁兼容防范性設(shè)計(jì)：按功能塊將電源、地、輸入、輸出口均采取抗干擾措施進(jìn)行隔離。EMI濾波（濾波器件） ：電感、磁珠、電容、濾波器等。采用表貼元件，縮小輻射面積，縮短互連引線。

21、降低工作電壓和電流，縮小輻射功率。55系列應(yīng)用特點(diǎn)外形分類(lèi)電感量(H)電流(mA)Ir/IsatSM電源、濾波繞線貼片1.01000303800SMR電源、濾波繞線貼片104703002000SMRH1電源、濾波繞線貼片110001607000SMRH2電源、濾波繞線貼片12701403500SD電源、濾波繞線貼片120007020000LQH電源、濾波繞線貼片0.110000206000SEP電源、濾波繞線貼片0.151020009000SIP電源、濾波繞線貼片0.683.310003500RI電源、濾波繞線插電源、濾波繞線插件11000020100003.1.16

22、 振華富功率電感系列產(chǎn)品56SCIo3.2.17 功率電感在降壓型開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用圖3-7ViVoRLIcILVDL573.2.18 功率電感(降壓型)的臨界值計(jì)算tIL儲(chǔ)能電感L電感量不同時(shí)所對(duì)應(yīng)的不同電流波形RL(1-D)2FLc=電感臨界值計(jì)算公式L3L2L1L1L2 L3式中：RL=UO/IO、D=UO/Ui、F為工作頻率（Hz）583.2.19 功率電感在降壓型DC/DC電源中的選擇1、電感選用要考慮電路的工作電流，還要考慮電路的脈沖電 流、瞬態(tài)電流和瞬態(tài)響應(yīng)的要求2、盡量選用磁路閉合的電感，避免產(chǎn)生交叉干擾。3、選擇要求（如圖2-7）： A、電感電流的選擇Isat2Io B、對(duì)于降

23、壓型開(kāi)關(guān)電源的電感量的選擇，根據(jù)公式： 式中：Vi-輸入電壓(V)、Vo-輸出電壓(V)、f-電源振蕩工作 頻率(Hz)、 紋波電流，取值為電感工作電流的 10%40%(A) 選用時(shí)要注意的測(cè)試頻率條件。(Vi-Vo)VoIfViL=I593.2.20 降壓型DC/DC電源中的電容選擇1、選用要考慮電路的工作電壓，還要考慮電路的瞬態(tài)電壓和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間的要求。2、對(duì)于降壓型開(kāi)關(guān)電源的電容量的選擇，根據(jù)公式： 式中：Vi-輸入電壓(V)、Vo-輸出電壓(V)、f-電源振蕩工作 頻率(Hz)、U為紋波電壓(V) ，按紋波大小的要求取值。 選用時(shí)要注意的測(cè)試頻率條件。Vo8Lf UC=Vo Vi(

24、1- )260PH1PH2BOOTVSENSECOMPRTVin1 Vin2Vin3VBIASSS-ENAPWRGDAGNDPGND361014151617185232041111213C14R11C17+1.26VTPS54310+5VC133.2.21 降壓型DC/DC電路的實(shí)際應(yīng)用圖3-8PH3PH4PH5789C183300P10KR12750C15150PC163300PR10 10.7KR1324.3KVccSMRH6D38-5R0MPGND2PGND1C12C10C11MLLC系列19224.70.10.0470.04710FSEL f=550KHzI=1000mAI=I0.46

25、1SCIo3.2.22 升壓型DC/DC開(kāi)關(guān)電源工作原理圖3-9ViVoRLIcILVDL623.2.23 功率電感在升壓型DC/DC電源中的選擇 電感選用要考慮電路的工作電流，還要考慮電路的脈沖電流、瞬態(tài)電流和瞬態(tài)響應(yīng)的要求盡量選用磁路閉合的電感，避免產(chǎn)生交叉干擾A、電感電流的選擇Isat2IoB、對(duì)于升壓型開(kāi)關(guān)電源的電感量的選擇，根據(jù)公式： L= 選用時(shí)要注意的測(cè)試頻率條件。(Vo-Vi)IofVi Vo( )2633.2.24 電容在升壓型DC/DC電源中的選擇1、選用要考慮電路的工作電壓，還要考慮電路的瞬態(tài)電壓和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間的要求。2、對(duì)于升壓型開(kāi)關(guān)電源的電容量的選擇，根據(jù)公式： 式中：Vi-輸入電壓(V)、Vo-輸出電壓(V)、f-電源振蕩工 作頻率(Hz)、U為紋波電壓(V) ，按紋波大小要求取值。 選用時(shí)要注意的測(cè)試頻率條件。Io(Vo-Vi)U f UoC=64TCGNDDRCIPKVCC276345C17+28VMC34063A3.2.25 升壓型DC/DC電路的實(shí)際應(yīng)用