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电磁兼容设计中的电感器件-1

物联产品&电磁兼容EMC 2021-05-30 11:31 发文

电容通常用于电源总线的去耦、滤波、旁路和稳压。在自谐振频率以下,电容保持电容性。在自谐振频率以上,电容呈现感性。跟电容相配合使用的还有一个器件电感。在滤波器电路中,电容与电感器件一起起到电流衰减的作用。电感器件随着频率的增加,电感的感抗线性增加。但是和电容一样,电感的绕线间的寄生电容限制了其应用频率不会无限制的增高。

电路中对滤波限流电感参数的选择要考虑寄生参数及自身的截止频率。

实际的电感特性

一段导线就构成了一个电感。要获得较大的电感量,需要将导线绕成线圈。

线圈的芯材有两种:一种是非磁性的空气;另一种是磁性的。磁性磁芯又有闭合磁路的和开放磁路的。

   电感的非理想性:实际的电感器除了电感参数以外,还有寄生电阻和电容,其中寄生电容的影响更大。理想电感的阻抗随着频率的升高呈正比增加,这正是电感对高频干扰信号衰减较大的根本原因。但是,由于电感器件匝间寄生电容的存在,实际的电感器等效电路是一个LC的并联网络。当角频率为1/(LC)1/2时会发生并联谐振,这时电感的阻抗最大,超过谐振点后,电感器的阻抗呈现电容特性。其阻抗随频率的增加而降低。电感的感量越大,往往寄生电容也越大,电感的谐振频率越低,实际电感的等效电路及线圈绕制在铁粉芯材料上的频率特性如下图所示。

实际电感器的频率特性

如上图所示,通过典型电感的等效电路特性,其电感等效为寄生电容C,和电感L(忽略其直流电阻RL)的综合特性。

电感的阻抗可用下面公式进行描述。

ZL=2πfL              

式中,ZL是感抗,单位为欧姆(Ω);f是频率,单位为赫兹(Hz);L是电感,单位为亨利(H)。

举例说明:理想的10mH电感在10KHz时的测试阻抗是628Ω,当在100MHz时,其阻抗增加到6.2MΩ,因此在100MHz时就相当于开路的条件,如果想要通过100MHz的信号,则对信号质量来说有很大的困难。然而10mH及越大的电感有较大的分布电容C参数限制了它在1MHz以上高频阻抗的特性。在如图1-15所示的右图中,铁粉芯绕制的电感量在500uH时,其谐振频率即阻抗的拐点是1.2MHz。因此对于低频段干扰选择较大的电感,而对于高频的干扰则需要较小的电感达到高的阻抗。电感也常用来控制EMI的设计。

   1)应用说明1:实际电感在谐振频率以下比理想电感的阻抗更高,在谐振点达到最大。利用这个特性,可以通过调整电感的电感量和绕制方法使电感在特定的频率上谐振,从而抑制特定频率的干扰。

2)应用说明2:开放磁芯会产生漏磁,因此会在电感周围产生较强的磁场,对周围的电路产生干扰。为了避免这个问题,应尽量使用闭合磁芯。

3)应用说明3:与漏磁现象相反的是开放磁芯电感对外界的磁场也十分敏感,比如,收音机内的磁性天线就是一个利用这个特性的例子。因此,要注意电感拾取外界噪声而增加电路敏感度的问题。

为了防止上述电感本身的电磁兼容问题,往往将电感屏蔽起来。频率较高时,可以用铜或铝等导电性良好的材料。频率低时,要选用高磁导率的材料。

电感线圈电感量的估算,在绕制线圈时,如何估算线圈的电感量?如果能够得到磁芯的详细参数,也可以利用公式计算电感量。但是大多数场合,如果有一个现成的磁芯。想用这个磁芯制作一个电感。这时,可以先在这个磁芯上绕9匝。用电感表测量其电感量,假如测试数据为LO,如果需要的电感量为L,则应该绕制的匝数N通过下面公式进行计算。

N=3(L/LO)1/2  

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