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用于电磁干扰抑制的片式元件(一)

2010-06-273770钱振宇《磁性元件与电源》

磁珠的等效电路用电感L和电阻R(后者体现涡流损耗的损耗电阻)的串联来表示(图3),L和R都是频率的函数。


在低频段,磁珠的损耗很小,阻抗主要由电感的感抗构成。由于磁珠的磁导率较高,因此电感量较大,电磁干扰被反射而受到抑制,整个器件是一个低损耗、高Q值的电感。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,磁珠的磁导率降低,导致电感的电感量减小,感抗成分减小。但是,随着频率的增高,磁珠的损耗(主要是磁珠的涡流损耗)也在增高,它反映为磁珠的电阻成分在增高,这样,高频下的磁珠阻抗将主要由电阻成分构成。随着频率的升高,导致磁珠的总阻抗继续增加。高频信号通过铁氧体时,电磁干扰将被吸收,并转换成热能的形式耗散掉。

传输线中,叠加在信号上的高频成分是无用的电磁干扰,能沿着线路边传输和边辐射。为了消除这些不需要的信号成分,利用片式磁珠在高频下产生涡流损耗扮演高频电阻的角色,让频率较低的信号顺利通过,而滤除叠加在信号传输电平上的高频成分(通常在30MHz以上)。当然片式磁珠在滤除高频成分的同时,对低频有用信号多少也要受到一点影响。

3.2 片式铁氧体磁珠的分类
3.2.1 普通系列
这是应用最多的片式磁珠,可以在比较宽的频率范围内都有好的EMI抑制性能。大量应用于各类电子设备的数字信号的波形及接口部位的噪声控制。
选用时注意,不同的片式磁珠,阻抗 |Z| 随频率的上升趋势是不相同的。选择原则是在有用信号的频率范围内 |Z| 要尽可能地低,不致造成信号的衰减和畸变;而在需要抑制电磁骚扰的高频范围内,|Z| 要尽可能高,将高频噪声有效抑制。选用时还要注意直流电阻和额定电流。

3.2.2 大电流系列
不要在超过手册规定的电流范围使用片式体磁珠。否则会出现铁氧体接近饱和,使导磁率下降,抑制高频噪声的效果明显减弱。
对于某些必须能够承受较大电流的场合(如在直流电源输出端口),为了有效抑制直流电源中的高次谐波分量。这类片式磁珠必须在大的偏置磁场下对高频信号仍然保持较高阻抗值。这在现代数字电子产品的电源电路、USB电源线、以及DVD等电子产品中的激光束驱动电路都会遇到这样的问题。为此,厂家专门开发了大电流的片式磁珠,其额定电流几乎提高1个数量级,还能在较宽的频率范围内有高阻抗及EMI抑制效果。

3.2.3 高频系列
当前,数字电路高速化发展趋势强劲,时钟频率越来越高。这样,一方面将电磁干扰的频率范围向高频段扩展,直至2GHz~3GHz;另一方面,由于高速数字信号的脉冲波形更加陡峭,基波频率得到提高,为了使这些信号通过片式磁珠后波形不发生畸变,就要求在3次至5次谐波下不产生大的损耗。亦即,装在高速数字电路的片式磁珠在几百MHz(如400MHz)以下要保持低阻抗|Z| ,以便不引起信号波形畸变;而在几百MHz至2GHz~3GHz的高频段内具有高阻抗|Z|,能够有效地抑制高频电磁干扰。为此,生产厂家努力开发出了GHz高频型片式磁珠,应用在超高速产品中(如移动通讯、计算机及其周边设备)。

3.2.4 定频系列
某些电子产品,有时会在某一固定频率出现强烈干扰信号。产生的原因很多,如高次谐波、自激振荡或外界干扰等。由于干扰出现在固定频率下,而且幅度很大,用普通EMI对策元件很难抑制。针对这种情况,厂家开发了定频系列的片式磁珠产品,它的 |Z| ~f曲线在某一频率下呈现尖锐的峰值阻抗。只要定频系列片式磁珠所呈现尖锐峰值阻抗的频率与干扰信号频率重合,那么既能在特定频率范围内获得高的衰减效果,又不对有用信号产生影响。
由于不同电子产品中出现的干扰信号频率是不同的,最好根据产品的具体情况(干扰信号的频率、频带、幅度等)向片式磁珠生产厂家专项订购,以达到满意效果。

定频系列的片式磁珠可用在计算机及外围总线电子设备、通信设备、数字视听设备和摄录一体机里。


图4是日本村田制作所生产的BLM15BA定频系列片式磁珠的阻抗—频率特性。

3.2.5 磁珠排(磁珠阵列)
将几个(一般是2个、4个、6个、8个)磁珠并列封装在一起,构成1个集成型片式EMI对策元件,称之为片式铁氧体磁珠排或磁珠阵列。磁珠排中的每1线的性能与单个磁珠相同。磁珠排适合于在多条回路有排线的部位(如I/O排线)作抗电磁干扰和高密度电路设计。磁珠排的使用非常方便,既能节省印刷电路板的占用面积,又能提高贴装速度,而且回路之间没有串扰。
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