電感和磁珠的選型

電感和磁珠的選型在電子設(shè)備的PCB板電路中會(huì)大量使用感性元件和EMI濾波器元件。這些元件包括片式電感和片式磁珠，以下就這兩種器件的特點(diǎn)進(jìn)行描述并分析他們的普通應(yīng)用場(chǎng)合以及特殊應(yīng)用場(chǎng)合。表面貼裝元件的好處在于小的封裝尺寸和能夠滿足實(shí)際空間的要求。除了阻抗值，載流能力以及其他類(lèi)似物理特性不同外，通孔接插件和表面貼裝器件的其他性能特點(diǎn)基本相同。片式電感在需要使用片式電感的場(chǎng)合，要求電感實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)基本功能：電路諧振和扼流電抗。諧振電路包括諧振發(fā)生電路，振蕩電路，時(shí)鐘電路，脈沖電路，波形發(fā)生電路等等。諧振電路還包括高Q帶通濾波器電路。要使電路產(chǎn)生諧振，必須有電容和電感同時(shí)存在于電路中。在電感的兩端存在寄生電容，這是由于器件兩個(gè)電極之間的鐵氧體本體相當(dāng)于電容介質(zhì)而產(chǎn)生的。在諧振電路中，電感必須具有高Q,窄的電感偏差，穩(wěn)定的溫度系數(shù)，才能達(dá)到諧振電路窄帶，低的頻率溫度漂移的要求。高Q電路具有尖銳的諧振峰值。窄的電感偏置保證諧振頻率偏差盡量小。穩(wěn)定的溫度系數(shù)保證諧振頻率具有穩(wěn)定的溫度變化特性。標(biāo)準(zhǔn)的徑向引出電感和軸向引出電感以及片式電感的差異僅僅在于封裝不一樣。電感結(jié)構(gòu)包括介質(zhì)材料（通常為氧化鋁陶瓷材料）上繞制線圈，或者空心線圈以及鐵磁性材料上繞制線圈。在功率應(yīng)用場(chǎng)合，作為扼流圈使用時(shí)，電感的主要參數(shù)是直流電阻（DCR），額定電流，和低Q值。當(dāng)作為濾波器使用時(shí)，希望寬帶寬特性，因此，并不需要電感的高Q特性。低的DCR可以保證最小的電壓降，DCR定義為元件在沒(méi)有交流信號(hào)下的直流電阻。片式磁珠片式磁珠的功能主要是消除存在于傳輸線結(jié)構(gòu)（PCB電路）中的RF噪聲,RF能量是疊加在直流傳輸電平上的交流正弦波成分，直流成分是需要的有用信號(hào),而射頻RF能量卻是無(wú)用的電磁干擾沿著線路傳輸和輻射（EMI）。要消除這些不需要的信號(hào)能量，使用片式磁珠扮演高頻電阻的角色（衰減器），該器件允許直流信號(hào)通過(guò)，而濾除交流信號(hào)。通常高頻信號(hào)為30MHz以上，然而，低頻信號(hào)也會(huì)受到片式磁珠的影響。片式磁珠由軟磁鐵氧體材料組成，構(gòu)成高體積電阻率的獨(dú)石結(jié)構(gòu)。渦流損耗同鐵氧體材料的電阻率成反比。渦流損耗隨信號(hào)頻率的平方成正比。使用片式磁珠的好處：小型化和輕量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。閉合磁路結(jié)構(gòu)，更好地消除信號(hào)的串繞。極好的磁屏蔽結(jié)構(gòu)。降低直流電阻，以免對(duì)有用信號(hào)產(chǎn)生過(guò)大的衰減。顯著的高頻特性和阻抗特性（更好的消除RF能量）。在高頻放大電路中消除寄生振蕩。有效的工作在幾個(gè)MHz到幾百M(fèi)Hz的頻率范圍內(nèi)。要正確的選擇磁珠，必須注意以下幾點(diǎn)：不需要的信號(hào)的頻率范圍為多少。噪聲源是誰(shuí)。需要多大的噪聲衰減。環(huán)境條件是什么（溫度，直流電壓，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度）。電路和負(fù)載阻抗是多少。是否有空間在PCB板上放置磁珠。前三條通過(guò)觀察廠家提供的阻抗頻率曲線就可以判斷。在阻抗曲線中三條曲線都非常重要，即電阻，感抗和總阻抗。總阻抗通過(guò)"J*以"叮來(lái)描述。典型的阻抗曲線如下

圖所示：2000|Z| ,R’ANDXlgFREQUENCYVieas[4091200圖所示：2000|Z| ,R’ANDXlgFREQUENCYVieas[40912002 4 ID204Q】劎 20D斗0。iGFF?EQUE：MCY（MH忑》Z Xl__'通過(guò)這一曲線，選擇在希望衰減噪聲的頻率范圍內(nèi)具有最大阻抗而在低頻和直流下信號(hào)衰減盡量小的磁珠型號(hào)。匸即口10=0fl10QDBanjzoomon匸即口10=0fl10QDBanjzoomon&oa600卓nn200|Z|wrpmuENCYIrfipedanaaUnderDCBias2 4 10 204dIQOBOO4D03GFREQUENCE(MHz)片式磁珠在過(guò)大的直流電壓下，阻抗特性會(huì)受到影響，另外，如果工作溫升過(guò)高，或者外部磁場(chǎng)過(guò)大，磁珠的阻抗都會(huì)受到不利的影響。使用片式磁珠和片式電感的原因：是使用片式磁珠還是片式電感主要還在于應(yīng)用。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)，使用片式磁珠是最佳的選擇。片式磁珠和片式電感的應(yīng)用場(chǎng)合：片式電感：射頻（RF）和無(wú)線通訊，信息技術(shù)設(shè)備，雷達(dá)檢波器，汽車(chē)電子，蜂窩電話，尋呼機(jī)，音頻設(shè)備，PDAs（個(gè)人數(shù)字助理），無(wú)線遙控系統(tǒng)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(shù)字電路之間的濾波，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)和手提電話中的EMI噪聲抑止。電感器的主要技術(shù)參數(shù)及識(shí)別：除固定電感器和部分阻流圈為通用元件（只要規(guī)格相同，各種電子整機(jī)上均可使用）外，其余的均為電視機(jī)、收音機(jī)等專(zhuān)用元件。專(zhuān)用元件一般都是一個(gè)型號(hào)對(duì)應(yīng)一種機(jī)型（代用除外），購(gòu)買(mǎi)及使用時(shí)應(yīng)以元件型號(hào)為主要依據(jù)，具體參數(shù)大都不需考慮，若需了解，可查相應(yīng)產(chǎn)品手冊(cè)或有關(guān)資料，這里不可能一一示例。下面談?wù)劰潭姼衅骷白枇魅Φ闹饕獏?shù)及識(shí)別。1．電感量L電感量L也稱(chēng)作自感系數(shù)，是表示電感元件自感應(yīng)能力的一種物理量。當(dāng)通過(guò)一個(gè)線圈的磁通（即通過(guò)某一面積的磁力線數(shù)）發(fā)生變化時(shí)，線圈中便會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)，這是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。所產(chǎn)生的電勢(shì)稱(chēng)感應(yīng)電勢(shì)，電勢(shì)大小正比于磁通變化的速度和線圈匝數(shù)。當(dāng)線圈中通過(guò)變化的電流時(shí)，線圈產(chǎn)生的磁通也要變化，磁通掠過(guò)線圈，線圈兩端便產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，這便是自感應(yīng)現(xiàn)象。自感電勢(shì)的方向總是阻止電流變化的，猶如線圈具有慣性，這種電磁慣性的大小就用電感量L來(lái)表示。L的大小與線圈匝數(shù)、尺寸和導(dǎo)磁材料均有關(guān)，采用硅鋼片或鐵氧體作線圈鐵芯，可以較小的匝數(shù)得到較大的電感量。L的基本單位為H（亨），實(shí)際用得較多的單位為mH（毫亨）和IxH（微亨），三者的換算關(guān)系如下：lH=103mH=106pH。2．感抗XL感抗XL在電感元件參數(shù)表上一般查不到，但它與電感量、電感元件的分類(lèi)品質(zhì)因數(shù)Q等參數(shù)密切相關(guān)，在分析電路中也經(jīng)常需要用到，故這里專(zhuān)門(mén)作些介紹。前已述及，由于電感線圈的自感電勢(shì)總是阻止線圈中電流變化，故線圈對(duì)交流電有阻力作用，阻力大小就用感抗XL來(lái)表示。XL與線圈電感量L和交流電頻率f成正比，計(jì)算公式為:XL（Q）=2M（Hz）L（H）。不難看出，線圈通過(guò)低頻電流時(shí)XL小。通過(guò)直流電時(shí)XL為零，僅線圈的直流電阻起阻力作用，因電阻：一般很小，所以近似短路。通過(guò)高頻電流時(shí)XL大，若L也大，則近似開(kāi)路。線圈的此種特性正好與電容相反，所以利用電感元件和電容器就可以組成各種高頻、中頻和低頻濾波器，以及調(diào)諧回路、選頻回路和阻流圈電路等等。3?品質(zhì)因數(shù)Q這是表示電感線圈品質(zhì)的參數(shù)，亦稱(chēng)作Q值或優(yōu)值。線圈在一定頻率的交流電壓下工作時(shí)，其感抗XL和等效損耗電阻之比即為Q值，表達(dá)式如下：Q=2hL/R。由此可見(jiàn)，線圈的感抗越大，損耗電阻越小，其Q值就越高。值得注意的是，損耗電阻在頻率f較低時(shí)可視作基本上以線圈直流電阻為主；當(dāng)f較高時(shí)，因線圈骨架及浸漬物的介質(zhì)損耗、鐵芯及屏蔽罩損耗、導(dǎo)線高頻趨膚效應(yīng)損耗等影響較明顯，R就應(yīng)包括各種損耗在內(nèi)的等效損耗電阻，不能僅計(jì)直流電阻。Q的數(shù)值大都在幾十至幾百。Q值越高，電路的損耗越小，效率越高，但Q值提高到一定程度后便會(huì)受到種種因素限制，而且許多電路對(duì)線圈Q值也沒(méi)有很高的要求，所以具體決定Q值應(yīng)視電路要求而定。4．直流電阻即電感線圈自身的直流電阻，可用萬(wàn)用表或歐姆表直接測(cè)得。5．額定電