發布日期：2022-10-09 點擊率：449
【導讀】電磁兼容設計時很多電路設計需要考慮的環節，因為它很大程度上影響產品質量和價格。有工程師問道：磁珠和電感可以用來解決EMI和EMC嗎？如何解決呢？磁珠和電感在解決EMI和EMC方面的作用有什么區別，各有什么特點，哪種效果會更好一點呢?
磁珠和電感在解決EMI和EMC方面的作用有什么區別，各有什么特點，是不是使用磁珠的效果會更好一點呢?
磁珠專用于抑制信號線、電源線上的高頻噪聲和尖峰干擾，還具有吸收靜電脈沖的能力。磁珠是用來吸收超高頻信號，象一些RF電路，PLL,振蕩電路，含超高頻存儲器電路(DDRSDRAM,RAMBUS等)都需要在電源輸入部分加磁珠，而電感是一種蓄能元件，用在LC振蕩電路，中低頻的濾波電路等，其應用頻率范圍很少超過50MHZ. 磁珠有很高的電阻率和磁導率，等效于電阻和電感串聯，但電阻值和電感值都隨頻率變化。
磁珠的功能主要是消除存在于傳輸線結構(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，而射頻RF能量卻是無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通過，而濾除交流信號。通常高頻信號為30MHz以上，然而，低頻信號也會受到片式磁珠的影響。磁珠有很高的電阻率和磁導率，他等效于電阻和電感串聯，但電阻值和電感值都隨頻率變化。他比普通的電感有更好的高頻濾波特性，在高頻時呈現阻性，所以能在相當寬的頻率范圍內保持較高的阻抗，從而提高調頻濾波效果。
磁珠可等效成一個電感，但這個等效電感與電感線圈是有區別的，磁珠與電感線圈的最大區別就是，電感線圈有分布電容。因此，電感線圈就相當于一個電感與一個分布電容并聯。如圖1所示。圖1中，LX為電感線圈的等效電感(理想電感)，RX為線圈的等效電阻，CX為電感的分布電容。
電感器(電感線圈)和變壓器均是用絕緣導線(例如漆包線、紗包線等)繞制而成的電磁感應元件，也是電子電路中常用的元器件之一，相關產品如共模濾波器等。當線圈中有電流通過時，線圈的周圍就會產生磁場。當線圈中電流發生變化時，其周圍的磁場也產生相應的變化，此變化的磁場可使線圈自身產生感應電動勢(電動勢用以表示有源元件理想電源的端電壓)，這就是自感。兩個電感線圈相互靠近時，一個電感線圈的磁場變化將影響另一個電感線圈，這種影響就是互感?；ジ械拇笮∪Q于電感線圈的自感與兩個電感線圈耦合的程度，利用此原理制成的元件叫做互感器。
理論上對傳導干擾信號進行抑制，要求抑制電感的電感量越大越好，但對于電感線圈來說，電感量越大，則電感線圈的分布電容也越大，兩者的作用將會互相抵消。
圖2是普通電感線圈的阻抗與頻率的關系圖，由圖中可以看出，電感線圈的阻抗開始的時候是隨著頻率升高而增大的，但當它的阻抗增大到最大值以后，阻抗反而隨著頻率升高而迅速下降，這是因為并聯分布電容的作用。當阻抗增到最大值的地方，就是電感線圈的分布電容與等效電感產生并聯諧振的地方。圖中，L1 》 L2 》 L3，由此可知電感線圈的電感量越大，其諧振頻率就越低。從圖2中可以看出，如果要對頻率為1MHz的干擾信號進行抑制，選用L1倒不如選用L3，因為L3的電感量要比L1小十幾倍，因此L3的成本也要比L1低很多。
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如果我們還要對抑制頻率進一步提高，那么我們最后選用的電感線圈就只好是它的最小極限值，只有1圈或不到1圈了。磁珠，即穿心電感，就是一個匝數小于1圈的電感線圈。但穿心電感比單圈電感線圈的分布電容小好幾倍到幾十倍，因此，穿心電感比單圈電感線圈的工作頻率更高。
穿心電感的電感量一般都比較小，大約在幾微亨到幾十微亨之間，電感量大小與穿心電感中導線的大小以及長度，還有磁珠的截面積都有關系，但與磁珠電感量關系最大的還要算磁珠的相對導磁率 。圖3、圖4是分別是指導線和穿心電感的原理圖，計算穿心電感時，首先要計算一根圓截面直導線的電感，然后計算結果乘上磁珠相對導磁率就可以求出穿心電感的電感量。
另外，當穿心電感的工作頻率很高時，在磁珠體內還會產生渦流，這相當于穿心電感的導磁率要降低，此時，我們一般都使用有效導磁率 。有效導磁率就是在某個工作頻率之下，磁珠的相對導磁率。但由于磁珠的工作頻率都只是一個范圍，因此在實際應用中多用平均導磁率 。
在低頻時，一般磁珠的相對導磁率都很大(大于100)，但在高頻時其有效導磁率只有相對導磁率的幾分之一，甚至幾十分之一。因此，磁珠也有截止頻率的問題，所謂截止頻率，就是使磁珠的有效導磁率下降到接近1時的工作頻率fc，此時磁珠已經失去一個電感的作用。一般磁珠的截止頻率fc都在30～300MHz之間，截止頻率的高低與磁珠的材料有關，一般導磁率越高的磁芯材料，其截止頻率fc反而越低，因為低頻磁芯材料渦流損耗比較大。使用者在進行電路設計的時候，可要求磁芯材料的提供商提供磁芯工作頻率與有效導磁率的測試數據，或穿心電感在不同工作頻率之下的曲線圖。圖5是穿心電感的頻率曲線圖。
磁珠另一個用途就是用來做電磁屏蔽，它的電磁屏蔽效果比屏蔽線的屏蔽效果還要好，這是一般人不太注意的。其使用方法就是讓一雙導線從磁珠中間穿過，那么當有電流從雙導線中流過時，其產生的磁場將大部份集中在磁珠體內，磁場不會再向外輻射;由于磁場在磁珠體內會產生渦流，渦流產生電力線的方向與導體表面電力線的方向正好相反，互相可以抵消，因此，磁珠對于電場同樣有屏蔽作用，即：磁珠對導體中的電磁場有很強的屏蔽作用。
使用磁珠進行電磁屏蔽的優點是磁珠不用接地，可以免去屏蔽線要求接地的麻煩。用磁珠作為電磁屏蔽，對于雙導線來說，還相當于在線路中接了一個共模抑制電感，對共模干擾信號有很強的抑制作用。
由此可知，電感線圈主要是用于對低頻干擾信號進行EMI抑制，而磁珠主要是對高頻干擾信號進行EMI抑制，因此，對一個頻帶很寬的干擾信號進行EMI抑制，必須同時采用多個不同性質的電感才會有效。另外，對共模傳導干擾信號進行EMI抑制，還要注意抑制電感與Y電容的連接位置。Y電容和抑制電感盡量靠近電源的輸入端，即電源插座的位置，并且高頻電感要盡量靠近Y電容，而Y電容還要盡量靠近與大地連接的地線(三心電源線的地線)，這對EMI抑制才有效。
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