電感與磁珠的選擇

電感的特性是通直流阻交流，頻率越高，線圈阻抗越大。

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（DDR SDRAM，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(yīng)用頻率范圍很少超過錯50MHZ。

在電子設(shè)備的PCB板電路中會大量使用感性元件和EMI濾波器元件。這些元件包括片式電感和片式磁珠，以下這兩種器件的特點進行描述并分析他們的普通應(yīng)用場合以及特殊應(yīng)用場合。 表面貼裝元件的好處在于小的封裝尺寸和能夠滿足實際空間的要求。除了阻抗值，載流能力以及其他類似物理特性不同外，通孔接插件和表面貼裝器件的其他性能特點基本相同。 片式電感在需要使用片式電感的場合，要求電感實現(xiàn)以下兩個基本功能：電路諧振和扼流電抗。諧振電路包括諧振發(fā)生電路，振蕩電路，時鐘電路，脈沖電路，波形發(fā)生電路等等。諧振電路還包括高Q帶通濾波器電路。 要使電路產(chǎn)生諧振，必須有電容和電感同時存在于電路中。在電感的兩端存在寄生電容，這是由于器件兩個電極之間的鐵氧體本體相當于電容介質(zhì)而產(chǎn)生的。在諧振電路中，電感必須具有高Q，窄的電感偏差，穩(wěn)定的溫度系數(shù)，才能達到諧振電路窄帶，低的頻率溫度漂移的要求。 高Q電路具有尖銳的諧振峰值。窄的電感偏置保證諧振頻率偏差盡量小。穩(wěn)定的溫度系數(shù)保證諧振頻率具有穩(wěn)定的溫度變化特性。 標準的徑向引出電感和軸向引出電感以及片式電感的差異僅僅在于封裝不一樣。電感結(jié)構(gòu)包括介質(zhì)材料（通常為氧化鋁陶瓷材料）上繞制線圈，或者空心線圈以及鐵磁性材料上繞制線圈。 在功率應(yīng)用場合，作為扼流圈使用時，電感的主要參數(shù)是直流電阻（DCR）,額定電流，和低Q值。當作為濾波器使用時，希望寬帶寬特性，因此，并不需要電感的高Q特性。低的DCR可以保證較小的電壓降，DCR定義為元件在沒有交流信號下的直流電阻。 片式磁珠 片式磁珠的功能主要是消除存在于傳輸線結(jié)構(gòu)（PCB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。

片式磁珠由軟磁鐵氧體材料組成，構(gòu)成高體積電阻率的獨石結(jié)構(gòu)。渦流損耗同鐵氧體材料的電阻率成反比。渦流損耗隨信號頻率的平方成正比。 使用片式磁珠的好處： 小型化和輕量化 在射頻噪聲頻率范圍內(nèi)具有高阻抗，消除傳輸線中的電磁干擾。 閉合磁路結(jié)構(gòu)，更好地消除信號的串繞。 極好的磁屏蔽結(jié)構(gòu)。 降低直流電阻，以免對有用信號產(chǎn)生過大的衰減。 顯著的高頻特性和阻抗特性（更好的消除RF能量）。 在高頻放大電路中消除寄生振蕩。 有效的工作在幾個MHz到幾百MHz的頻率范圍內(nèi)。

要正確的選擇磁珠，必須注意以下幾點： 

1、不需要的信號的頻率范圍為多少；

2、噪聲源是誰；

3、需要多大的噪聲衰減；

4、環(huán)境條件是什么（溫度，直流電壓，結(jié)構(gòu)強度）；

5、電路和負載阻抗是多少；

6、是否有空間在PCB板上放置磁珠；

前三條通過觀察廠家提供的阻抗頻率曲線可以判斷。在阻抗曲線中三條曲線都非常重要，即電阻，感抗和總阻抗。總阻抗通過ZR22πfL()2+:=fL來描述。典型的阻抗曲線如下圖所示：

通過這一曲線，選擇在希望衰減噪聲的頻率范圍內(nèi)具有較大阻抗而在低頻和直流下信號衰減盡量小的磁珠型號。 片式磁珠在過大的直流電壓下，阻抗特性會受到影響，另外，如果工作溫升過高，或者外部磁場過大，磁珠的阻抗都會受到不利的影響。 使用片式磁珠和片式電感的原因： 是使用片式磁珠還是片式電感主要還在于應(yīng)用。在諧振電路中需要使用片式電感。而需要消除不需要的EMI噪聲時，使用片式磁珠是較佳的選擇。

 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）電路和易受干擾的邏輯設(shè)備之間，供電電路中濾除高頻傳導(dǎo)干擾，計算機，打印機，錄像機（VCRS）,電視系統(tǒng)和手提電話中的EMI噪聲抑止。

電氣參數(shù)

電感器選擇

磁珠的選擇

濾波器的選擇

1、 前言

在目前的設(shè)計中，我們使用的感性器件主要有電感和磁珠及各種濾波器。電感在電路中主要用來作為一種儲能器件和緩沖電流的作用，其在電源電路中應(yīng)用較多，當然，電感也有一定的EMI抑制作用。而磁珠和濾波器主要用來抑制電磁干擾（EMI）與抗干擾和改善電路中的電源或信號的質(zhì)量。為了與國際接軌，我國也相繼制定了有關(guān)EMC法規(guī)：于2001年1月1日起凡進入市場產(chǎn)品必須有EMC標志。而這些感性元件在降低電磁干擾中起著舉足輕重的作用。

2、 電感器的選擇

在設(shè)計中電感器的選擇主要根據(jù)設(shè)計所需要的電氣參數(shù)及物理參數(shù)進行選擇，以下分別介紹電感的電氣及物理參數(shù)。

2.1電氣參數(shù)

電感器的主要電氣參數(shù)有：有效電感L、品質(zhì)因素Q、自諧振頻率、直流電阻、額定電流；電特性曲線有：電感量－直流偏置特性、阻抗－頻率特性、電感量－溫度特性、Q值－頻率特性。

各參數(shù)說明如下：

a． 電感量：表示電感儲能的能力大小。

b． Q值：品質(zhì)因素

c． 自諧振頻率：由于電感的分布電容的影響，此分布電容將與電感形成一個LC振蕩電路而起振。此頻率為自諧振頻率。

d． 直流電阻：直流電流通過此電感器時，此電感所呈現(xiàn)的電阻值。

e． 額定電流：表示電感器正常工作時的較大允許電流。

f． 電感量－直流偏置特性：描述電感量隨直流偏置電流的變化而變化的曲線。

g． 阻抗－頻率特性：描述電感的阻抗隨頻率變化的曲線。

h． 電感量－溫度特性：描述電感量隨溫度而變化的曲線。

Q值－頻率特性：描述Q值隨頻率的變化而變化的曲線。

2.2物理參數(shù)

物理參數(shù)主要有：封裝形式及尺寸、使用溫度范圍、存儲溫度范圍、耐焊性、可焊性、抗拉強度、彎曲強度、抗彎強度、熱沖擊、抗高溫、抗潮濕、抗沖擊、抗震動、抗溶性等。以下分別給予介紹：

a．封裝形式及尺寸：目前電感器件在電源電路中的使用，由于工作時較大的電流和需要較大電感量的電感，其封裝形式多為立式直插或環(huán)形電感等，而其制作工藝也基本上為繞線式的。而在PCB板上的信號及小電流應(yīng)用中，多使用表貼封裝的器件，其制造工藝比起傳統(tǒng)的工藝已經(jīng)有了很大的提高，主要用新型的鐵氧體材料及迭層技術(shù)，將鐵氧體槳料和導(dǎo)體漿料交替迭層，利用共燒結(jié)技術(shù)，形成完整的獨石結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的閉合磁回路及電磁特性。

b．使用溫度范圍：正常工作時允許的溫度范圍。

c．存儲溫度范圍：儲存時允許的溫度范圍。

d．耐焊性：對表貼器件而言，在規(guī)定的焊接條件下，器件不應(yīng)破裂，且焊錫至少覆蓋75％以上的端電極。

e．可焊性：對表貼器件而言，使用新的焊錫可以覆蓋90％以上的端電極。

f．抗拉強度：對表貼器件而言，在測試條件規(guī)定的時間和受力條件下，端電極不應(yīng)破裂脫落，鐵氧體也不應(yīng)損傷。

g．抗彎強度：對表貼器件而言，根據(jù)測試條件在器件表面施壓力后無損傷。

h．熱沖擊：當溫度在測試條件規(guī)定的低溫和高溫之間來回循環(huán)規(guī)定的次數(shù)后，且每次溫度變化需停留規(guī)定的時間，其阻抗值應(yīng)在初值的±20％之內(nèi)。

i．抗高溫：通過額定電流，在規(guī)定的高溫條件下放置規(guī)定的時間，然后在室溫下測試，其阻抗值應(yīng)在初值的±20％之內(nèi)。

j．抗潮濕：通過額定電流，在規(guī)定的相對濕度、溫度條件下放置規(guī)定的時間，然后在室溫下測試，其阻抗值應(yīng)在初值的±20％之內(nèi)。

k．抗沖擊：按規(guī)定的次數(shù)從規(guī)定的高度做跌落實驗后，應(yīng)無機械損傷和阻抗值應(yīng)在初值的±20％之內(nèi)。

l．抗震動：按規(guī)定的頻率、振幅、方向震動規(guī)定時間后，應(yīng)無機械損傷和阻抗值應(yīng)在初值的±20％之內(nèi)。

m．抗溶性：用三氯乙烯溶劑超聲波清洗3分鐘后，應(yīng)無機械損傷和阻抗值應(yīng)在初值的±20％之內(nèi)。

3、磁珠的選擇

降低電子設(shè)備的電磁干擾已成為電子產(chǎn)品是否有市場的關(guān)鍵問題。而軟磁材料已成為EMI濾波器中不可少的元件，并起著舉足輕重的作用。現(xiàn)在用軟磁材料制成的各種抑制EMI元器件廣泛地應(yīng)用于各種電子電路和設(shè)備之中。這是因為軟磁材料具有它獨特的性能，致使其在抗電磁干擾領(lǐng)域發(fā)揮主要作用。然而，電子產(chǎn)品生產(chǎn)廠家希望能得到通用EMI濾波器對所有的電子設(shè)備都能把干擾降低到標準以下，這是不現(xiàn)實的。EMI濾波器的設(shè)計要根據(jù)該電子設(shè)備的EMC標準，即需要衰減EMI信號的頻段范圍和超標電平高低來選擇，特別是其中的軟磁材料。因為軟磁材料種類繁多，各有自己的電磁特征。除了基本磁損耗外，還要利用它們的電特性、電阻率、頻寬、阻抗等。根據(jù)所需衰減干擾信號范圍，確定對應(yīng)的濾波電路，然后再精心挑選適合于該頻段的磁性材料，濾波電感才能達到比較經(jīng)濟和較佳效果。想用一種材料滿足各種抗干擾濾波器是不能達到預(yù)期效果的，必需選用適合該頻段的磁性材料。從材料的觀點看，EMI濾波器的作用是阻隔不需要的信號并以發(fā)熱的形式消耗掉，而讓需要的信號無衰減或幾乎不衰減地通過。

3.1磁珠的分類

根據(jù)磁珠的應(yīng)用場合，大致可將磁珠分為普通型、大電流型、尖峰型。

a．普通型：普通型磁珠用于電流不太大（一般小于600mA），無特殊要求的場合，它的直流電阻一般為零點幾個歐姆。它能有效地抑制、吸收電子設(shè)備的電磁干擾和射頻干擾。其阻抗范圍一般為幾歐到幾千歐范圍內(nèi)。

b．大電流型：此型號磁珠應(yīng)用于要求較大電流的場合，由于其應(yīng)用于大電流的場合，因此要求它的直流電阻必須很小，約小于普通型磁珠一個數(shù)量級，而其阻抗值一般也較小。

c．尖峰型：此型號的磁珠特性為在某一個頻率區(qū)域內(nèi)，其阻抗急劇上升，從而在特定的頻率區(qū)域內(nèi)可獲得較高的衰減效果而對信號不產(chǎn)生影響。

3.2 電氣參數(shù)

濾波器的主要電氣參數(shù)有：直流電阻、額定電流、阻抗；電特性曲線有：阻抗－頻率特性、電阻－頻率特性、感抗－頻率特性。

各參數(shù)說明如下：a． 直流電阻：直流電流通過此磁珠時，此磁珠所呈現(xiàn)的電阻值。

b． 額定電流：表示磁珠正常工作時的較大允許電流。

c． 阻抗：這里所指的是交流阻抗。

d． 阻抗－頻率特性：描述阻抗值隨頻率變化的曲線。

e． 電阻－頻率特性：描述電阻值隨頻率變化的曲線。

f． 感抗－頻率特性：描述感抗隨頻率變化的曲線。

3.3 物理參數(shù)其物理參數(shù)與電感類似電感的英文名是什么？

tank circuit inductance

振蕩回路電感

threshold inductance

閾電感, 臨界電感

transformer inductance

變壓器電感

transmission line inductance

傳輸線電感

trimming inductance

微調(diào)電感

tuning inductance

調(diào)諧電感

variable inductance

可變電感 

air core inductance

空心電感線圈

air gap inductance

氣隙電感線圈

anode inductance

陽極電感

base lead inductance

基極引線電感

cathode inductance

陰極電感

charging inductance

充電電感

coil inductance

線圈電感

core inductance

鐵心電感, 電磁心電感

coupling inductance

耦合電感

damped inductance

阻尼電感

diffusion inductance

擴散電感

distributed inductance

分布電感

dynamic inductance

動態(tài)電感

electrical inductance

電感

equivalent inductance

等效電感

field inductance

激磁繞組電感

fluid inductance

流體感應(yīng)系數(shù)

grid inductance

柵路電感

internal inductance

內(nèi)電感

intrinsic inductance

內(nèi)磁感應(yīng)強度

leakage inductance

漏電感

lengthening inductance

加感線圈

line inductance

線路電感

loop inductance

環(huán)形天線電感

lumped inductance

集總電感

magnetizing inductance

磁化電感

mutual inductance

互感(系數(shù))

natural inductance

固有電感

nonlinear inductance

非線性電感

power inductance

電力電感

primary inductance

一次繞組電感, 初級線圈電感

printed inductance

印刷電感

pure inductance

純電感

receiving inductance

接收電感

reciprocal inductance

反向電感, 可逆電感; 可逆感應(yīng)系數(shù)

saturated inductance

飽和電感

副線圈電感

series inductance

串聯(lián)電感

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