EMC標(biāo)準(zhǔn)更改,工程師如何應(yīng)對?
今天非常榮幸能夠有機(jī)會和大家一起交流。今天主要是講太陽誘電做的這些電容、電感產(chǎn)品,和經(jīng)驗給大家做一個分享。我要講的是應(yīng)用于EMC的容感器件選擇方面的一些想法。可能大家對太陽誘電還不是很熟悉,我簡單介紹一下,其次才是主要的電容、電感以及磁珠,包括共模電感這一塊跟大家介紹。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/226968.htm首先我們太陽誘電主要是以電容器、電感、壓敏電阻、EMI濾波器、天線、模塊。太陽誘電成立于1950年,全球大概有一萬七千多名員工,銷售額大概在120到130億人民幣一年。這是我們銷售的推移圖,去年金融危機(jī)有點(diǎn)下降。我們在中國國內(nèi)銷售以及技術(shù)支持的團(tuán)隊主要是集中在香港、深圳、上海、蘇州、北京這些區(qū)域,我們在四川這邊,主要通過和我們的代理商一起來進(jìn)行銷售以及技術(shù)支持這些服務(wù)。
給大家介紹一下陶瓷電容器在EMI、IMC濾波基礎(chǔ)的知識。首先我們要知道陶瓷電容發(fā)展的最新狀況以及與其他電容的關(guān)系。陶瓷電容由于近幾年來陶瓷的厚度越來越薄,一層陶瓷介質(zhì)的厚度大概是0.5個uM,陶瓷電容最大的容量是100,疊的層數(shù)越來越多。從發(fā)展趨勢來看,我們認(rèn)為陶瓷電容將會朝著ESR、ESL發(fā)展;基板彎了,但是電容還是不能裂開,比如軍工里面很惡劣的條件,陶瓷電容會以這個趨勢方向發(fā)展。陶瓷電容這個東西很簡單,大家知道它的特性主要是哪一些來構(gòu)成,我們設(shè)計的時候、選擇的時候要考慮它的哪些特性,我們知道容量,容量只是它的一個部分,還有ESR值,還有容量值和頻率的關(guān)系,還有ESL值,還有溫升曲線,你的溫度升高的話,你的容值變化怎么樣,還有直流電壓特性,給一定的直流電壓,容值是不斷下降的。
我們設(shè)計的時候也必須考慮到這一些參數(shù)、這一些特性。我們來做一個簡單的對比,陶瓷電容由于是內(nèi)部采用并聯(lián)結(jié)構(gòu),ESR值也比較低,鉭電容是這樣,鋁電解是這樣。這樣的話,我們就可以用一個測試,電源從這邊過來,這邊用一個濾波的電容。當(dāng)然這說明什么問題?這是陶瓷的ESR值比較低,濾波效果比較好。當(dāng)然大家說,是不是說有的鋁電解都可以換成陶瓷呢,不能這么說,電源的部分需要很大的容量,你也沒有辦法換,如果用在濾波來換,就可以用小容量的陶瓷換大容量的鋁電解。
一般的情況下,鋁電解我們建議換陶瓷是十分之一,鉭電容我們建議是五分之一的容量來換。還有一個世紀(jì)案例,大家都知道英特爾公司CPU的速度是越來越快,而且制作的工藝也是越來越精細(xì)化,我昨天聽到安富利的辜其秋告訴我,英特爾正在開發(fā)33納米的技術(shù),大家看到英特爾公司從96年晶圓是越來越小,我不是在給英特爾賣廣告,我是說明,由于IC做得越來越小,精細(xì)化越來越高,電壓也就是越來越低,原來驅(qū)動電壓一般是5V,現(xiàn)在看到一般是1V和1.2V,IC穩(wěn)定的電壓,我們是要求在10%以內(nèi),如果你是5V的情況下,過去電壓可以允許大概是500毫V,現(xiàn)在是用了1V,允許穩(wěn)波電壓就是0.9V,最低的電壓。要不然電壓變化太大的話,IC工作就變得不穩(wěn)定,我們用來穩(wěn)壓的陶瓷電容器,我們很容易選個0.1謬的。為什么呢?高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,瞬間會有一個壓降,這個地方壓降最主要是業(yè)余陶瓷電容的容值和ESR值這個因素來決定的。第一個部分介紹了電容的應(yīng)用,下一個部分主要是電感方面。
電感方面,我們太陽誘電制作工藝相對于來講,比其他廠商要豐富一點(diǎn),我們除了由下往上繞的電感,除此之外還有疊層電感,還有手機(jī)電源,還有射頻的、高頻的電感。這是詳細(xì)的,不同的尺寸、不同的厚度,有的是0.8的厚度,因為大家知道消費(fèi)類電子產(chǎn)品要求小型化、超薄、低成本,都是滿足這個趨勢,所以我們不斷開發(fā)這些產(chǎn)品。
特別是選擇一些功率電感,比如脈沖電流比較大,濾波起來可能有些困難,大家選擇功率電感的時候可能有些困惑,功率電感選擇的時候我們考慮的參數(shù)和指標(biāo)是什么,首先你要考慮感量是多大,第二是考慮到內(nèi)阻,第三要考慮到飽和電流,第四是溫升電流。因為我們大家都知道電感在DCDC方面起的作用兩個,一個是作為濾波來用,第二是作為儲能來用,一般來講,飽和電流一般指的是什么呢?
VC加DC的電流我們稱之為飽和電流,平均的電流我們就把它定義為溫升電流,我們業(yè)界一般的情況是采用感量下降30%的時候,這個時候電流值為多少,這個就叫飽和電流,溫升電流是電流不斷增大,電感表面溫度上升40度,這個來定義溫升電流值,因為電感慢慢溫度高之后可能會會被壞,所以限定一個值,在這個電流以下,電感不會被燒壞。實(shí)際使用的電流值不會超過電感的飽和電流,這樣穩(wěn)波電流會不斷的增大。如果你超過了溫升電流,很簡單,這個電感就會被燒壞。我們有不同的電感放在一起的話,我們來實(shí)測一下,比如說這個是我們不同的電感、不同尺寸的效率,大家也可以看到我們在低負(fù)載電流的時候,這是不同的尺寸,大家看到電流沒有多大變化,由于電流值感量下降的幅度比較大,之間的差異有出來了,感量比較大,溫波電流就比較大,這就是噪聲。
所以在感量變化幅度比較小,這個地方的噪聲就比較小,總之一點(diǎn),大家選擇的時候,一定要考慮到感量下降到什么樣的程度。我們在選擇功率電感,就是一點(diǎn),實(shí)際電阻里面的最大值就選擇峰值電流,如果你的平均值電流比較小的情況下,就選擇溫升電流值,考慮到這兩個因素大家來選,我曾經(jīng)去一家公司,他跟我講到峰值電流會到兩萬,大家知道TDSCDMA會有一個很高的電流,會有一個很低的電流,如果以高電流來選擇的話,電感尺寸非常大,考慮到峰值電流大、平均電流值小的特點(diǎn),我們就可以電容小的電感。
當(dāng)然電感的話,這是我們跟其他公司的對比,我們的效率要比這家公司的要高一點(diǎn)點(diǎn),尺寸大小是一樣的,DCR值我們要小一點(diǎn)點(diǎn)。實(shí)際上我們考慮選擇電感的時候,除了直流電阻以外,還有銅線繞的圈數(shù)和粗細(xì)以外,還有交流的電流,交流對它影響比較大,如果開關(guān)品是750倍赫茲的話,大概是在這個水平上,藍(lán)色是太陽誘電的,紅色是競爭對手的,我們大概是1.5歐姆,他們交流的電阻大概是3歐姆,這樣他們的損耗會更大一點(diǎn)點(diǎn)。要使交流電阻比較低,有一個就是值損耗要小,繞了銅線之后,通過這個縫隙與外部金屬形成渦流的損耗比較小才行,過這些遲緩的縫隙,在金屬的地方形成渦流,但是電感只有一個磁芯,這個地方采用磁份和樹脂來把它屏蔽。另外的話,這個成本也可以降低。
還有一點(diǎn),我們在不同負(fù)載的情況下,在選擇這個電感要注意什么呢?比如說當(dāng)你的負(fù)載比較低的情況下,一般的情況是你交流的成分會比較多。交流的成分比較多,就選擇交流電阻比較小了電感,它的效率就會高,那么負(fù)載比較大的情況下,你的DC直流部分占得比較大的話,你要選擇直流電阻比較低的,這樣效率高一點(diǎn)。
下面交流一下磁珠的選擇方法。大家都知道剛才村田的同事也講了,EMI噪聲無處不在,我們簡單講把它形容成幾點(diǎn),傳導(dǎo)噪聲、輻射噪聲、射頻、干擾噪聲,對于不同的噪聲,我們最主要有爹層磁珠、繞線磁珠,等一下給大家介紹在1G以上2G甚至更高的時候,都有很強(qiáng)的耐磨能力,接下來是穿芯的磁珠。如果說你在低頻普通信號線上濾波的話,我們可以推薦使用疊層的磁珠,如果您是在高頻的,用繞線的磁珠,大家看到它的截止頻率會比較高。
下面一個部分主要是電感和磁珠有什么區(qū)別,實(shí)際上區(qū)別在于什么呢,電感在比較低頻的部分效果比較好,磁珠主要是在高頻,我故意選了一個感量比較接近的,一般電感在幾十歐姆的話,是這樣一個曲線,所以電感主要是傳導(dǎo)噪音,磁珠主要是輻射噪音。
選擇磁珠的時候,我們認(rèn)為要把這條線使得比較穩(wěn)定,然后從發(fā)生噪聲的地方著手放一些元件,然后再從輻射噪聲源的地方放一些EMI器件,選擇電感的話,為了避免共振,所以需要從比較平滑的曲線慢慢朝比較陡曲線的磁珠來選擇。這是磁珠,主要是三個,阻抗值、交流和電阻,還有感抗這三個部分組成。實(shí)際案例的話如果10M信號過來的話,發(fā)生信號是在200多畝的地方信號比較大,我們的磁珠就選200多M阻值的地方,靠近噪聲頻率的磁珠,如果沒有使用磁珠的情況下,誰這樣一個電壓波形,我們發(fā)現(xiàn)用了以后,這個藍(lán)色的部分,下降了很多,而且電壓波形也比較穩(wěn)定,所以首先搞清楚噪聲頻率是在什么地方,那么選擇阻值稍微大一點(diǎn)的,但是不能選擇太陡,太陡會產(chǎn)生共振。
還有另外會知道,它的曲線會不一樣,R值和X值,就是交流電阻和感抗,當(dāng)交流電阻大于感抗的時候,這與信號有關(guān)系,它的效果要更好一點(diǎn)點(diǎn)。藍(lán)色就是交流電阻更大一點(diǎn)。由于時間關(guān)系,我說得稍微快一點(diǎn),等一下可以私下找我,我們可以詳細(xì)交流。電感占低頻的濾波效果好一點(diǎn),綠色的是磁珠,高頻的話,磁珠會好一點(diǎn)。在我們公司里面有模擬的軟件,大家可以免費(fèi)下載,輸入一定條件之后,可以看到電壓的波形、還有噪聲,還有這些電容電感選形的器件。
最后一個部分就是共模電感,剛才也講到了USB、HDMI這些地方用到共模電感,我們沈先生講得很詳細(xì)了,我就不詳細(xì)的說了,但是有一點(diǎn)需要大家注意,現(xiàn)在有其他信號干擾,比如說GSM的900M、TD2.1G,對USB干擾比較大,它的共模阻抗要注意,你要用在這些頻率的話,要用這些阻值比較大一點(diǎn)的,它的共模效果比較好一點(diǎn),這和其他公司的薄膜相比,我們是采用繞線工藝做的,所以高頻阻抗會更好一點(diǎn)。實(shí)際上和薄膜來對比的話,大家也看到1G以上頻率的話,濾波效果明顯要好一點(diǎn)。這個我們也有對應(yīng)USB3.0,截止頻率是實(shí)際的。基本上是這樣一個情況。謝謝大家。
主持人:我們現(xiàn)在進(jìn)入問答階段。有問題嗎?
提問:你好,我遇到過我們工程師設(shè)計的DCDC電路,它的電感在工作的時候會叫,有噪音,但是電路工作正常,也不發(fā)熱,這種情況會不會影響可靠性,電感的選擇是不是有什么問題?
范新雨:為什么發(fā)生噪音呢?是電磁干擾,說明你的電感漏磁出來的與其他線路結(jié)合起來形成了噪聲,剛好是在這個頻率,這種情況下我有一個建議,你可以選擇不同形式的電感,比如你的電感是由下往上繞的,沒有磁屏蔽的結(jié)構(gòu)。可以選擇橫向的,這樣的話就可以解決這個問題。
主持人:我們還可以問一個問題。
提問:我想問一下,剛才你說選電感要根據(jù)噪聲頻率來選,噪聲頻率怎么確認(rèn),在我電路設(shè)計初始階段。
范新雨:這需要一個設(shè)備,靜電場分析儀,通過找到噪聲頻率,對癥下藥,選擇什么樣的磁珠。
提問:還有一個問題,網(wǎng)站上的軟件是可以免費(fèi)下的?
范新雨:免費(fèi)下載的,WWW.TY-TOP.COM。其實(shí)我們都是采用仿真軟件,這個就是仿真軟件在這里輸入容量、賴壓、厚度,這里很多的規(guī)格讓你選擇,還有在這里有電感的,還有磁珠的,這是器件選型的軟件,還有剛才所講到另外的,這個也是仿真軟件,你輸入一定的條件,選擇器件的特性,比如驅(qū)動電壓、反映時間,可以看到電壓波形,比如在射頻的時候,你要調(diào)它的射頻,比如手機(jī)里面經(jīng)??梢钥吹桨烟炀€放在手機(jī)的下面,會有一些串?dāng)_,GSM900會有串?dāng)_,你就可以選擇比較大的。
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