EMI對策元件和電路保護(hù)元件的發(fā)展與應(yīng)用

1前言

隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，特別是在我國加入WTO后與世界經(jīng)濟(jì)接軌的宏觀環(huán)境下，人們對各類電子產(chǎn)品的電磁兼容性與可靠性、安全性提出了更高的要求。這就極大地促進(jìn)了EMI對策電子元件與電路保護(hù)電子元件的飛速發(fā)展，成為電子元件領(lǐng)域中的1個熱點(diǎn)，引起人們的極大關(guān)注。這類電子元件品種繁多，雖然近兩年沒有出現(xiàn)什么特別令人注目的新發(fā)明、新品種，但是這類電子元件型號規(guī)格的增多、參數(shù)范圍的擴(kuò)大以及抑制電磁干擾能力和保護(hù)電路能力的提升都非常顯著。特別是在這類電子元件的應(yīng)用方面，應(yīng)用范圍的迅速擴(kuò)大與需求量的急劇上升，都是十分驚人的。本文著重介紹其應(yīng)用情況及市場前景。

2EMI對策元件的新進(jìn)展

2.1微小型化

迫于電子產(chǎn)品向更小、更輕、更靈巧的方向發(fā)展，EMI對策元件繼續(xù)向微小型化發(fā)展，如片式磁珠和片式電容器的主流封裝尺寸已經(jīng)逐步從1608(0603)過渡到1005(0402);又如日本村田新發(fā)布的3繞組共模扼流圈的尺寸僅為2.5mm×2.0mm×1.2mm;在 3.2mm×1.6mm×1.15mm的尺寸內(nèi)封裝了兩個共模扼流圈陣列。

2.2高頻化

目前，電子產(chǎn)品向高頻化發(fā)展的趨勢十分明顯，如計(jì)算機(jī)的時鐘頻率提高到幾百兆赫乃至千兆赫;數(shù)字無線傳輸?shù)念l率也達(dá)到2GHz以上;無繩電話的頻率從45MHz提高到2400MHz等，因而由高次諧波引起的噪聲也相應(yīng)出現(xiàn)在更高的頻率范圍，EMI對策元件也隨著向高頻化發(fā)展，例如，疊層型片式磁珠的抑制頻率提高到GHz范圍。國內(nèi)南虹、順絡(luò)、麥捷以及國外的Murata、TDK、Taiyo-yuden、AEM、Vishay等公司都已推出性能優(yōu)良的GHz片式磁珠，其抑制噪聲頻率在600MHz～3GHz，滿足了高速數(shù)字電路的要求;村田的3端片式穿心陶瓷電容器的抑制頻率范圍為3MHz～2000MHz;TDK開發(fā)的1005(0402)片式電感器的使用頻率達(dá)到12GHz。

2.3復(fù)合化和多功能化

在電子產(chǎn)品中經(jīng)常有排線部位，如I/O排線。為了使用方便，節(jié)省PCB面積，加快表面貼裝速度，一些片式EMI對策元件已經(jīng)陣列化。在1個封裝內(nèi)通常含有2、4、6、8個EMI對策元件。此外，將不同功能的EMI對策元件組合在1個封裝內(nèi)，達(dá)到多功能的目的。如將噪聲抑制功能與靜電放電保護(hù)功能組合在一起;將電容器與電感器或電阻器組合在一起;將共模噪聲抑制與差模噪聲抑制組合在一起等，都體現(xiàn)了向多功能化發(fā)展的趨勢。

2.4新材料和新元件

眾所周知，尖晶石型軟磁鐵氧體和BaTiO3基陶瓷材料在EMI對策中占有十分重要的位置。近年來，又開發(fā)出一些新型材料，可用于抗電磁干擾，如6角晶系鐵氧體材料、金屬磁粉材料、非晶及超細(xì)晶金屬磁性材料、高分子磁性材料、高分子介質(zhì)材料、復(fù)合介質(zhì)材料及納米材料等。

這些新型材料將在電磁兼容領(lǐng)域嶄露頭角，值得人們密切關(guān)注。EMI對策元件也有很多進(jìn)展，如Murata公司，在3端片式電容器(疊層型片式穿心電容器)的基礎(chǔ)上，又開發(fā)出含有電阻器的3端片式電容器NFR系列、含有電感器的3端片式電容器NFW系列、含有兩個磁珠的3端片式電容器NFL系列，以及Ni電極、大電流(6A)、大容量(1?F)系列等;鐵氧體薄膜共模扼流圈的封裝尺寸為3.2mm×1.5mm×1.15mm，在100MHz時，其共模阻抗可達(dá)550?，而其差模阻抗不超過10?，特別適用于高速數(shù)字信號線;疊層型片式3繞組共模扼流圈的尺寸僅為2.5mm×2.0mm×1.2mm，它可以非常有效地在音頻信號線上抑制來自高速數(shù)字電路的高頻噪聲而不會造成聲音的畸變和串音，在最新款式的袖珍音影電子產(chǎn)品(如MP3)中，十分受歡迎;薄膜扼流圈陣列的尺寸為 3.2mm×1.6mm×1.15mm，內(nèi)部封裝了2個共模扼流圈;TDK將一個共模扼流圈和一個差模扼流圈封裝在一起，尺寸僅為 3.2mm×2.5mm×2.3mm;英國的Syfer公司將2個Y電容器和1個X電容器集成在一起，構(gòu)成1個疊層型片式X2Y電容器組件，同時抑制共模和差模噪聲，其封裝規(guī)格為2012(0805)和3216(1206)，用于DC電源濾波器。美國的AVX公司深入研究了疊層型片式穿心濾波電容器(FeedthroughFilterCapacitor)，經(jīng)過精心設(shè)計(jì)內(nèi)部電路，將70%的寄生支路電感轉(zhuǎn)移成輸入/輸出線上的串聯(lián)電感，起到1個T 形低通濾波器的作用，從而顯著提高自諧振頻率，加寬對噪聲抑制的頻寬和強(qiáng)度。該公司還開發(fā)了一種新材料，用疊層技術(shù)解決了R-C組合問題，避開了陶瓷膜-銀電極-釕系電阻膜共燒的復(fù)雜工藝，開發(fā)出一系列稱之為Z產(chǎn)品的組件，如R-C組件、R-C-R低通濾波器及其陣列等。

3EMI對策元件的應(yīng)用

如前所述，對各類電子產(chǎn)品的電磁兼容性能要求越來越嚴(yán)格，迫使各類電子產(chǎn)品中必須安裝大量的不同性能、不同規(guī)格的EMI對策元件，從而為EMI對策元件產(chǎn)業(yè)開拓了廣闊的市場空間。為了說明這種趨勢，下面列舉 14種常用電子產(chǎn)品中EMI對策元件的使用狀況，供大家參考。

3.1家用電器

電冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)、微波爐、熱水器等家電都是電磁干擾源。它們在開關(guān)/啟動或出現(xiàn)故障時，都會產(chǎn)生瞬間電壓尖峰和浪涌電流以及高頻電磁干擾，并將這些電磁干擾輸入電網(wǎng)或輻射到周圍空間。這都有可能超出電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)所允許的范圍，導(dǎo)致這樣的家電不能進(jìn)入市場。為了避免出現(xiàn)這些問題，應(yīng)在家用電器的電源輸入端安裝相應(yīng)規(guī)格的電源濾波器，甚至在插頭、插座、接線板上都應(yīng)安裝低頻EMI濾波器，可見需求量很大。

3.2直流/交流電源

各種電源無處不在，需求量很大，有人估計(jì)到2005年僅通信電源的市場規(guī)模就能達(dá)到近百億元。電源的發(fā)展方向之一就是滿足電磁兼容要求。在直流電源中，一般都插入1個共模扼流圈，抑制共模噪聲;在輸出線上串入鐵氧休磁珠和3端電容器，抑制差模噪聲。目前通信用直流電源的主流輸出電壓為3.3V，正向1.8V過渡，該直流低電壓是由降壓開關(guān)電源輸出的，直流電壓越低，噪聲的影響越大。在交流電源中，一般采用由共模扼流圈和X2Y電容器組成的低通濾波器，扼流圈和兩個Y電容器抑制共模噪聲，X電容器抑制差模噪聲，必要時可以再加入一個X電容器和兩個磁珠。