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1、本文格式為Word版,下載可任意編輯電子線路的電磁兼容性設(shè)計 電子線路設(shè)計者往往只考慮產(chǎn)品的功能,而沒有將功能和電磁兼容性(即EMC,是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運行并不對其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的力量)綜合考慮,因此產(chǎn)品在完成其功能的同時,也產(chǎn)生了大量的功能性騷擾及其它騷擾。而且,不能滿意敏感度要求。電子線路的電磁兼容性設(shè)計應(yīng)從幾方面考慮,在此我們主要討論元器件的選擇。 1、共模電感 由于EMC所面臨的問題大多是共模干擾,因此共模電感也是我們常用的有力元件之一。這里就給大家簡潔介紹一下共模電感的原理以及使用狀況。 共模電感是一個以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件,它由兩
2、個尺寸相同,匝數(shù)相同的線圈對稱地繞制在同一個鐵氧體環(huán)形磁芯上,形成一個四端器件,它對于共模信號呈現(xiàn)出大電感具有抑制作用,而對于差模信號呈現(xiàn)出很小的漏電感幾乎不起作用。原理是流過共模電流時磁環(huán)中的磁通相互疊加,從而具有相當(dāng)大的電感量,對共模電流起到抑制作用;而當(dāng)兩線圈流過差模電流時,磁環(huán)中的磁通相互抵消,幾乎沒有電感量,所以差模電流可以無衰減地通過。因此共模電感在平衡線路中能有效地抑制共模干擾信號,而對線路正常傳輸?shù)牟钅P盘枱o影響。 共模電感在制作時應(yīng)滿意以下要求: (1)繞制在線圈磁芯上的導(dǎo)線要相互絕緣,以保證在瞬時過電壓作用下線圈的匝間不發(fā)生擊穿短路; (2)當(dāng)線圈流過瞬時大電流時,磁芯不要
3、消失飽和; (3)線圈中的磁芯應(yīng)與線圈絕緣,以防止在瞬時過電壓作用下兩者之間發(fā)生擊穿; (4)線圈應(yīng)盡可能繞制單層,這樣做可減小線圈的寄生電容,增加線圈對瞬時過電壓的承受力量。 通常狀況下,同時留意選擇所需濾波的頻段,共模阻抗越大越好,因此我們在選擇共模電感時需要看器件資料,主要依據(jù)阻抗頻率曲線選擇。另外選擇時留意考慮差模阻抗對信號的影響,主要關(guān)注差模阻抗,特殊留意高速端口。 2、磁珠 在產(chǎn)品數(shù)字電路EMC設(shè)計過程中,我們經(jīng)常會使用到磁珠,那么磁珠濾波的原理以及如何使用呢? 鐵氧體材料是鐵鎂合金或鐵鎳合金,這種材料具有很高的導(dǎo)磁率,它可以使電感的線圈繞組之間在高頻高阻的狀況下產(chǎn)生的電容最小。
4、鐵氧體材料通常在高頻狀況下應(yīng)用,由于在低頻時他們主要呈電感特性,使得線上的損耗很小。在高頻狀況下,它們主要呈電抗特性,并且隨頻率轉(zhuǎn)變。實際應(yīng)用中,鐵氧體材料是作為射頻電路的高頻衰減器使用的。實際上,鐵氧體較好的等效于電阻以及電感的并聯(lián),低頻下電阻被電感短路,高頻下電感阻抗變得相當(dāng)高,以至于電流全部通過電阻。鐵氧體是一個消耗裝置,高頻能量在上面轉(zhuǎn)化為熱能,這是由它的電阻特性打算的。 鐵氧體磁珠與一般的電感相比具有更好的高頻濾波特性。鐵氧體在高頻時呈現(xiàn)電阻性,相當(dāng)于品質(zhì)因數(shù)很低的電感器,所以能在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)保持較高的阻抗,從而提高高頻濾波效能。在低頻段,阻抗由電感的感抗構(gòu)成,低頻時R很小,磁
5、芯的磁導(dǎo)率較高,因此電感量較大,L起主要作用,電磁干擾被反射而受到抑制;并且這時磁芯的損耗較小,整個器件是一個低損耗、高Q特性的電感,這種電感簡單造成諧振,因此在低頻段,有時可能消失使用鐵氧體磁珠后干擾增加的現(xiàn)象。在高頻段,阻抗由電阻成分構(gòu)成,隨著頻率上升,磁芯的磁導(dǎo)率降低,導(dǎo)致電感的電感量減小,感抗成分減小。但是,這時磁芯的損耗增加,電阻成分增加,導(dǎo)致總的阻抗增加,當(dāng)高頻信號通過鐵氧體時,電磁干擾被汲取并轉(zhuǎn)換成熱能的形式耗散掉。 鐵氧體抑制元件廣泛應(yīng)用于印制電路板、電源線和數(shù)據(jù)線上。如在印制板的電源線入口端加上鐵氧體抑制元件,就可以濾除高頻干擾。鐵氧體磁環(huán)或磁珠專用于抑制信號線、電源線上的高
6、頻干擾和尖峰干擾,它也具有汲取靜電放電脈沖干擾的力量。 使用片式磁珠還是片式電感主要還在于實際應(yīng)用場合。在諧振電路中需要使用片式電感。而需要消退不需要的EMI噪聲時,使用片式磁珠是最佳的選擇。片式磁珠和片式電感的應(yīng)用場合:片式電感:射頻(RF)和無線通訊,信息技術(shù)設(shè)備,雷達檢波器,汽車電子,蜂窩電話,尋呼機,音頻設(shè)備,PDAs(個人數(shù)字助理),無線遙控系統(tǒng)以及低壓供電模塊等。片式磁珠:時鐘發(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,鼠標,長途電信,本地局域網(wǎng)),射頻(RF)電路和易受干擾的規(guī)律設(shè)備之間,供電電路中濾除高頻傳導(dǎo)干擾,計算機,打印機,錄
7、像機(VCRS),電視系統(tǒng)和手提電話中的EMI噪聲抑止。 3、濾波電容器 盡管從濾除高頻噪聲的角度看,電容的諧振是不盼望的,但是電容的諧振并不是總是有害的。當(dāng)要濾除的噪聲頻率確定時,可以通過調(diào)整電容的容量,使諧振點剛好落在騷擾頻率上。 在實際工程中,要濾除的電磁噪聲頻率往往高達數(shù)百MHz,甚至超過1GHz。對這樣高頻的電磁噪聲必需使用穿心電容才能有效地濾除。 一般電容之所以不能有效地濾除高頻噪聲,是由于兩個緣由:一個緣由是電容引線電感造成電容諧振,對高頻信號呈現(xiàn)較大的阻抗,減弱了對高頻信號的旁路作用;另一個緣由是導(dǎo)線之間的寄生電容使高頻信號發(fā)生耦合,降低了濾波效果。 穿心電容之所以能有效地濾除
8、高頻噪聲,是由于穿心電容不僅沒有引線電感造成電容諧振頻率過低的問題,而且穿心電容可以直接安裝在金屬面板上,利用金屬面板起到高頻隔離的作用。但是在使用穿心電容時,要留意的問題是安裝問題。穿心電容最大的弱點是怕高溫柔溫度沖擊,這在將穿心電容往金屬面板上焊接時造成很大困難。很多電容在焊接過程中發(fā)生損壞。特殊是當(dāng)需要將大量的穿心電容安裝在面板上時,只要有一個損壞,就很難修復(fù),由于在將損壞的電容拆下時,會造成鄰近其它電容的損壞。 隨著電子設(shè)備簡單程度的提高,設(shè)備內(nèi)部強弱電混合安裝、數(shù)字規(guī)律電路混合安裝的狀況越來越多,電路模塊之間的相互騷擾成為嚴峻的問題。解決這種電路模塊相互騷擾的方法之一是用金屬隔離艙將
9、不同性質(zhì)的電路隔離開。但是全部穿過隔離艙的導(dǎo)線要通過穿心電容,否則會造成隔離失效。當(dāng)不同電路模塊之間有大量的聯(lián)線時,在隔離艙上安裝大量的穿心電容是非常困難的事情。為了解決這個問題,國外很多廠商開發(fā)了“濾波陣列板”,這是用特別工藝事先將穿心電容焊接在一塊金屬板構(gòu)成的器件,使用濾波陣列板能夠輕而易舉地解決大量導(dǎo)線穿過金屬面板的問題。但是這種濾波陣列板的價格往往較高。 EMC器件有好幾種,噪聲的強度和類型不同,適用的器件也是不同的。比如,針對低頻的噪聲,如頻率是幾十KHz的噪聲,要選擇電容或電感,而不應(yīng)當(dāng)是磁珠;磁珠主要用來濾除一般電源線或信號線上的噪音,適合應(yīng)用于高頻的噪聲環(huán)境中,比如頻率是幾十MHz到幾
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