太阳娱乐登录详解消灭EMC的三大利器,关于PCB原理图中的FB

滤波电容器、共模电感、磁珠在EMC设计电路中是常见的身影,也是消灭电磁干扰的三大利器。对于这这三者在电路中的作用,相信还有很多工程师搞不清楚。本文从设计中,详细分析了消灭EMC三大利器的原理。

PCB原理图中的FB是什么意思呢?

太阳娱乐登录 1

 

1.滤波电容

太阳娱乐登录 2太阳娱乐登录 3

尽管从滤除高频噪声的角度看,电容的谐振是不希望的,但是电容的谐振并不是总是有害的。当要滤除的噪声频率确定时,可以通过调整电容的容量,使谐振点刚好落在骚扰频率上。
在实际工程中,要滤除的电磁噪声频率往往高达数百MHz,甚至超过1GHz。对这样高频的电磁噪声必须使用穿心电容才能有效地滤除。普通电容之所以不能有效地滤除高频噪声,是因为两个原因:一个原因是电容引线电感造成电容谐振,对高频信号呈现较大的阻抗,削弱了对高频信号的旁路作用;另一个原因是导线之间的寄生电容使高频信号发生耦合,降低了滤波效果。

 

穿心电容之所以能有效地滤除高频噪声,是因为穿心电容不仅没有引线电感造成电容谐振频率过低的问题,而且穿心电容可以直接安装在金属面板上,利用金属面板起到高频隔离的作用。但是在使用穿心电容时,要注意的问题是安装问题。

 

太阳娱乐登录,穿心电容最大的弱点是怕高温和温度冲击,这在将穿心电容往金属面板上焊接时造成很大困难。许多电容在焊接过程中发生损坏。特别是当需要将大量的穿心电容安装在面板上时,只要有一个损坏,就很难修复,因为在将损坏的电容拆下时,会造成邻近其它电容的损坏。

参考资料:

2.共模电感

由于EMC所面临解决问题大多是共模干扰,因此共模电感也是我们常用的有力元件之一,共模电感是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件,它由两个尺寸相同,匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上,形成一个四端器件,要对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用,而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。

原理是流过共模电流时磁环中的磁通相互叠加,从而具有相当大的电感量,对共模电流起到抑制作用,而当两线圈流过差模电流时,磁环中的磁通相互抵消,几乎没有电感量,所以差模电流可以无衰减地通过。因此共模电感在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号,而对线路正常传输的差模信号无影响。

 

太阳娱乐登录 4

今天实验室一哥们研究DSP电路图,发现图中有一个符号是FB,外形有点像电阻(R),但是不清楚是什么电子元器件,后来在百度和谷歌都搜索了,没有收获。最终在百度知道里发现了:FB是磁珠的符号!

共模电感在制作时应满足以下要求:绕制在线圈磁芯上的导线要相互绝缘,以保证在瞬时过电压作用下线圈的匝间不发生击穿短路。当线圈流过瞬时大电流时,磁芯不要出现饱和。线圈中的磁芯应与线圈绝缘,以防止在瞬时过电压作用下两者之间发生击穿。线圈应尽可能绕制单层,这样做可减小线圈的寄生电容,增强线圈对瞬时过电压的而授能力。

那么什么是磁珠呢?

通常情况下,同时注意选择所需滤波的频段,共模阻抗越大越好,因此我们在选择共模电感时需要看器件资料,主要根据阻抗频率曲线选择。另外选择时注意考虑差模阻抗对信号的影响,主要关注差模阻抗,特别注意高速端口。

磁珠有很高的电阻率和磁导率,他等效于电阻和电感串联,但电阻值和电感值都随频率变化。
他比普通的电感有更好的高频滤波特性,在高频时呈现阻性,所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗,从而提高调频滤波效果。

3.磁珠

作为电源滤波,可以使用电感。磁珠的电路符号就是电感但是型号上可以看出使用的是磁珠在电路功能上,磁珠和电感是原理相同的,只是频率特性不同罢了。

在产品数字电路EMC设计过程中,我们常常会使用到磁珠,铁氧体材料是铁镁合金或铁镍合金,这种材料具有很高的导磁率,他可以是电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容最小。

磁珠由氧磁体组成,电感由磁心和线圈组成,磁珠把交流信号转化为热能,电感把交流存储起来,缓慢的释放出去。

铁氧体材料通常在高频情况下应用,因为在低频时他们主要程电感特性,使得线上的损耗很小。在高频情况下,他们主要呈电抗特性比并且随频率改变。实际应用中,铁氧体材料是作为射频电路的高频衰减器使用的。

磁珠对高频信号才有较大阻碍作用,一般规格有100欧/100mMHZ
,它在低频时电阻比电感小得多。

实际上,铁氧体较好的等效于电阻以及电感的并联,低频下电阻被电感短路,高频下电感阻抗变得相当高,以至于电流全部通过电阻。铁氧体是一个消耗装置,高频能量在上面转化为热能,这是由他的电阻特性决定的。
铁氧体磁珠与普通的电感相比具有更好的高频滤波特性。铁氧体在高频时呈现电阻性,相当于品质因数很低的电感器,所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗,从而提高高频滤波效能。

铁氧体磁珠 (Ferrite Bead)
是目前应用发展很快的一种抗干扰组件,廉价、易用,滤除高频噪声效果显着。

在低频段,阻抗由电感的感抗构成,低频时R很小,磁芯的磁导率较高,因此电感量较大,L起主要作用,电磁干扰被反射而受到抑制;并且这时磁芯的损耗较小,整个器件是一个低损耗、高Q特性的电感,这种电感容易造成谐振因此在低频段,有时可能出现使用铁氧体磁珠后干扰增强的现象。

在电路中只要导线穿过它即可(我用的都是象普通电阻模样的,导线已穿过并胶合,也有表面贴装的形式,但很少见到卖的)。当导线中电流穿过时,铁氧体对低频电流几乎没有什么阻抗,而对较高频率的电流会产生较大衰减作用。高频电流在其中以热量形式散发,其等效电路为一个电感和一个电阻串联,两个组件的值都与磁珠的长度成比例。磁珠种类很多,制造商应提供技术指标说明,特别是磁珠的阻抗与频率关系的曲线。

在高频段,阻抗由电阻成分构成,随着频率升高,磁芯的磁导率降低,导致电感的电感量减小,感抗成分减小。但是,这时磁芯的损耗增加,电阻成分增加,导致总的阻抗增加,当高频信号通过铁氧体时,电磁干扰被吸收并转换成热能的形式耗散掉。
铁氧体抑制元件广泛应用于印制电路板、电源线和数据线上。如在印制板的电源线入口端加上铁氧体抑制元件,就可以滤除高频干扰。铁氧体磁环或磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频干扰和尖峰干扰,它也具有吸收静电放电脉冲干扰的能力。
使用片式磁珠还是片式电感主要还在于实际应用场合。在谐振电路中需要使用片式电感。而需要消除不需要的EMI噪声时,使用片式磁珠是最佳的选择。

有的磁珠上有多个孔洞,用导线穿过可增加组件阻抗(穿过磁珠次数的平方),不过在高频时所增加的抑制噪声能力不可能如预期的多,而用多串联几个磁珠的办法会好些。

片式磁珠和片式电感的应用场合

铁氧体是磁性材料,会因通过电流过大而产生磁饱和,导磁率急剧下降。大电流滤波应采用结构上专门设计的磁珠,还要注意其散热措施。

太阳娱乐登录 5

铁氧体磁珠不仅可用于电源电路中滤除高频噪声(可用于直流和交流输出),还可广泛应用于其它电路,其体积可以做得很小。特别是在数字电路中,由于脉冲信号含有频率很高的高次谐波,也是电路高频辐射的主要根源,所以可在这种场合发挥磁珠的作用。

片式电感:
射频和无线通讯,信息技术设备,雷达检波器,汽车电子,蜂窝电话,寻呼机,音频设备,个人数字助理,无线遥控系统以及低压供电模块等。

铁氧体磁珠还广泛应用于信号电缆的噪声滤除。

片式磁珠:
时钟发生电路,模拟电路和数字电路之间的滤波,I/O输入/输出内部连接器(比如串口,并口,键盘,鼠标,长途电信,本地局域网),射频电路和易受干扰的逻辑设备之间,供电电路中滤除高频传导干扰,计算机,打印机,录像机,电视系统和手提电话中的EMI噪声抑止。

以常用于电源滤波的HH-1H3216-500为例,其型号各字段含义依次为:

磁珠的单位是欧姆,因为磁珠的单位是按照它在某一频率产生的阻抗来标称的,阻抗的单位也是欧姆。磁珠的DATASHEET上一般会提供频率和阻抗的特性曲线图,一般以100MHz为标准,比如是在100MHz频率的时候磁珠的阻抗相当于1000欧姆。针对我们所要滤波的频段需要选取磁珠阻抗越大越好,通常情况下选取600欧姆阻抗以上的。
另外选择磁珠时需要注意磁珠的通流量,一般需要降额80%处理,用在电源电路时要考虑直流阻抗对压降影响。

HH 是其一个系列,主要用于电源滤波,用于信号线是HB系列;

1 表示一个组件封装了一个磁珠,若为4则是并排封装四个的;

H 表示组成物质,H、C、M为中频应用(50-200MHz),

T低频应用(50MHz),S高频应用(200MHz);

3216 封装尺寸,长3.2mm,宽1.6mm,即1206封装;

500 阻抗(一般为100MHz时),50ohm。

其产品参数主要有三项:

阻抗[Z]@100MHz (ohm) : Typical 50, Minimum 37;

直流电阻DC Resistance (m ohm): Maximum 20;

额定电流Rated Current (mA): 2500.


磁珠(FB)的选用

1.
磁珠(FB)的单位是欧姆,而不是亨特,这一点要特别注意。因为磁珠的单位是按照它在某一频率
产生的阻抗来标称的,阻抗的单位也是欧姆。磁珠的
DATASHEET上一般会提供频率和阻抗的特性曲线图,一般以100MHz为标准,比如1000R@100MHz,意思就是在100MHz频率的时候磁珠的阻抗相当于600欧姆。

2.
普通滤波器是由无损耗的电抗元件构成的,它在线路中的作用是将阻带频率反射回信号源,所以这类滤波器又叫反射滤波器。当反射滤波器与信号源阻抗不匹配时,就会有一部分能量被反射回信号源,造成干扰电平的增强。为解决这一弊病,可在滤波器的进线上使用铁氧体磁环或磁珠套,利用滋环或磁珠对高频信号的涡流损耗,把高频成分转化为热损耗。因此磁环和磁珠实际上对高频成分起吸收作用,所以有时也称之为吸收滤波器。

不同的铁氧体抑制元件,有不同的最佳抑制频率范围。通常磁导率越高,抑制的频率就越低。此外,铁氧体的体积越大,抑制效果越好。在体积一定时,长而细的形状比短而粗的抑制效果好,内径越小抑制效果也越好。但在有直流或交流偏流的情况下,还存在铁氧体饱和的问题,抑制元件横截面越大,越不易饱和,可承受的偏流越大。

EMI
吸收磁环/磁珠抑制差模干扰时,通过它的电流值正比于其体积,两者失调造成饱和,降低了元件性能;抑制共模干扰时,将电源的两根线(正负)同时穿过一个磁环,有效信号为差模信号,EMI吸收磁环/磁珠对其没有任何影响,而对于共模信号则会表现出较大的电感量。磁环的使用中还有一个较好的方法是让穿过的磁环的导线反复绕几下,以增加电感量。可以根据它对电磁干扰的抑制原理,合理使用它的抑制作用。

铁氧体抑制元件应当安装在靠近干扰源的地方。对于输入/输出电路,应尽量靠近屏蔽壳的进、出口处。对铁氧体磁环和磁珠构成的吸收滤波器,除了应选用高磁导率的有耗材料外,还要注意它的应用场合。它们在线路中对高频成分所呈现的电阻大约是十至几百Ω,因此它在高阻抗电路中的作用并不明显,相反,在低阻抗电路(如功率分配、电源或射频电路)中使用将非常有效。


磁珠(FB)的原理

磁珠的主要原料为铁氧体。铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料。铁氧体材料为铁镁合金或铁镍合金,它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似,颜色为灰黑色。电磁干扰滤波器中经常使用的一类磁芯就是铁氧体材料,许多厂商都提供专门用于电磁干扰抑制的铁氧体材料。这种材料的特点是高频损耗非常大,具有很高的导磁率,他可以是电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容最小。对于抑制电磁干扰用的铁氧体,最重要的性能参数为磁导率μ和饱和磁通密度Bs。磁导率μ可以表示为复数,实数部分构成电感,虚数部分代表损耗,随着频率的增加而增加。因此,它的等效电路为由电感L和电阻R组成的串联电路,L和R都是频率的函数。当导线穿过这种铁氧体磁芯时,所构成的电感阻抗在形式上是随着频率的升高而增加,但是在不同频率时其机理是完全不同的。

在低频段,阻抗由电感的感抗构成,低频时R很小,磁芯的磁导率较高,因此电感量较大,L起主要作用,电磁干扰被反射而受到抑制,并且这时磁芯的损耗较小,整个器件是一个低损耗、高Q特性的电感,这种电感容易造成谐振因此在低频段,有时可能出现使用铁氧体磁珠后干扰增强的现象。

在高频段,阻抗由电阻成分构成,随着频率升高,磁芯的磁导率降低,导致电感的电感量减小,感抗成分减小
但是,这时磁芯的损耗增加,电阻成分增加,导致总的阻抗增加,当高频信号通过铁氧体时,电磁干扰被吸收并转换成热能的形式耗散掉。

铁氧体抑制元件广泛应用于印制电路板、电源线和数据线上。如在印制板的电源线入口端加上铁氧体抑制元件,就可以滤除高频干扰。铁氧体磁环或磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频干扰和尖峰干扰,它也具有吸收静电放电脉冲干扰的能力。

两个元件的数值大小与磁珠的长度成正比,而且磁珠的长度对抑制效果有明显影响,磁珠长度越长抑制效果越好。

相关文章

Post Author: admin

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注