EMC元器件的選擇和應(yīng)用技巧

在復(fù)雜的電磁環(huán)境中，每臺(tái)電子、電氣產(chǎn)品除了本身要能抗住一定的外來(lái)電磁干擾正常工作以外，還不能產(chǎn)生對(duì)該電磁環(huán)境中的其它電子、電氣產(chǎn)品所不能承受的電磁干擾?；蛘哒f(shuō)，既要滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電磁敏感度極限值要求，又要滿足其電磁發(fā)射極限值要求，這就是電子、電氣產(chǎn)品電磁兼容性應(yīng)當(dāng)解決的問(wèn)題，也是電子、電氣產(chǎn)品通過(guò)電磁兼容性認(rèn)證的必要條件。很多工程師在進(jìn)行產(chǎn)品電磁兼容性設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于如何正確選擇和使用電磁兼容性元器件，往往束手無(wú)策或效果不理想，因此，很有必要對(duì)此進(jìn)行探討。

對(duì)于電磁兼容的相關(guān)理論，電子元件技術(shù)網(wǎng)通過(guò)線上的EMC半月談、EMC大講臺(tái)以及線下電磁兼容研討會(huì)等很多種方式進(jìn)行了深入探討。現(xiàn)在我們通過(guò)一些圖片，直觀的系統(tǒng)的回顧電磁兼容的含義、電磁干擾的三要素以及抑制電磁干擾的原理。再根據(jù)EMC設(shè)計(jì)原理和元器件不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主要講解不同元器件在EMC設(shè)計(jì)中的選擇及應(yīng)用技巧，對(duì)EMC設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)作用。

電磁兼容的定義

電磁干擾的三要素


抑制電磁干擾的原理

EMC主要解決方法 預(yù)防比屏蔽更加有效

電磁兼容性元器件是解決電磁干擾發(fā)射和電磁敏感度問(wèn)題的關(guān)鍵，正確選擇和使用這些元器件是做好電磁兼容性設(shè)計(jì)的前提。因此，我們必須深入掌握這些元器件，這樣才有可能設(shè)計(jì)出符合標(biāo)準(zhǔn)要求、性能價(jià)格比最優(yōu)的電子、電氣產(chǎn)品。而每一種電子元件都有它各自的特性，因此，要求在設(shè)計(jì)時(shí)仔細(xì)考慮。接下來(lái)我們將討論一些常見的用來(lái)減少或抑制電磁兼容性的電子元件和電路設(shè)計(jì)技術(shù)。

元件組
有兩種基本的電子元件組：有引腳的和無(wú)引腳的元件。有引腳線元件有寄生效果，尤其在高頻時(shí)。該引腳形成了一個(gè)小電感，大約是1nH/mm/引腳。引腳的末端也能產(chǎn)生一個(gè)小電容性的效應(yīng)，大約有4pF。因此，引腳的長(zhǎng)度應(yīng)盡可能的短。與有引腳的元件相比，無(wú)引腳且表面貼裝的元件的寄生效果要小一些。其典型值為：0.5nH的寄生電感和約0.3pF的終端電容。

從電磁兼容性的觀點(diǎn)看，表面貼裝元件效果最好，其次是放射狀引腳元件，最后是軸向平行引腳的元件。

一、EMC元件之電容
在EMC設(shè)計(jì)中，電容是應(yīng)用最廣泛的元件之一，主要用于構(gòu)成各種低通濾波器或用作去耦電容和旁路電容。大量實(shí)踐表明：在EMC設(shè)計(jì)中，恰當(dāng)選擇與使用電容，不僅可解決許多EMI問(wèn)題，而且能充分體現(xiàn)效果良好、價(jià)格低廉、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。若電容的選擇或使用不當(dāng)，則可能根本達(dá)不到預(yù)期的目的，甚至?xí)觿?EMI程度。

從理論上講，電容的容量越大，容抗就越小，濾波效果就越好。一些人也有這種習(xí)慣認(rèn)識(shí)。但是，容量大的電容一般寄生電感也大,自諧振頻率低（如典型的陶瓷電 容，0.1μF的f0=5 MHz,0.01μF的f0=15 MHz,0.001μF的f0=50 MHz），對(duì)高頻噪聲的去耦效果差，甚至根本起不到去耦作用。分立元件的濾波器在頻率超過(guò)10 MHz時(shí)，將開始失去性能。元件的物理尺寸越大，轉(zhuǎn)折點(diǎn)頻率越低。這些問(wèn)題可以通過(guò)選擇特殊結(jié)構(gòu)的電容來(lái)解決。

貼片電容的寄生電感幾乎為零，總的電感也可以減小到元件本身的電感，通常只是傳統(tǒng)電容寄生電感的1/3~1/5，自諧振頻率可達(dá)同樣容量的帶引線電容的2倍（也有資料說(shuō)可達(dá)10倍），是射頻應(yīng)用的理想選擇。

傳統(tǒng)上，射頻應(yīng)用一般選擇瓷片電容。但在實(shí)踐中，超小型聚脂或聚苯乙烯薄膜電容也是適用的，因?yàn)樗鼈兊某叽缗c瓷片電容相當(dāng)。

三端電容能將小瓷片電容頻率范圍從50 MHz以下拓展到200 MHz以上，這對(duì)抑制VHF頻段的噪聲是很有用的。要在VHF或更高的頻段獲得更好的濾波效果，特別是保護(hù)屏蔽體不被穿透，必須使用饋通電容。

二、EMC元件之電感
電感是一種可以將磁場(chǎng)和電場(chǎng)聯(lián)系起來(lái)的元件，其固有的、可以與磁場(chǎng)互相作用的能力使其潛在地比其他元件更為敏感。和電容類似，聰明地使用電感也能解決許多 EMC問(wèn)題。下面是兩種基本類型的電感：開環(huán)和閉環(huán)。它們的不同在于內(nèi)部的磁場(chǎng)環(huán)。在開環(huán)設(shè)計(jì)中，磁場(chǎng)通過(guò)空氣閉合；而閉環(huán)設(shè)計(jì)中，磁場(chǎng)通過(guò)磁芯完成磁路，如下圖所示。

電感中的磁場(chǎng)

電感比起電容一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它沒有寄生感抗，因此其表面貼裝類型和引線類型沒有什么差別。

開環(huán)電感的磁場(chǎng)穿過(guò)空氣，這將引起輻射并帶來(lái)電磁干擾（EMI）問(wèn)題。在選擇開環(huán)電感時(shí)，繞軸式比棒式或螺線管式更好，因?yàn)檫@樣磁場(chǎng)將被控制在磁芯（即磁體內(nèi)的局部磁場(chǎng)）。

開環(huán)電感

對(duì)閉環(huán)電感來(lái)說(shuō)，磁場(chǎng)被完全控制在磁心，因此在電路設(shè)計(jì)中這種類型的電感更理想，當(dāng)然它們也比較昂貴。螺旋環(huán)狀的閉環(huán)電感的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是：它不僅將磁環(huán)控制在磁心，還可以自行消除所有外來(lái)的附帶場(chǎng)輻射。

電感的磁芯材料主要有兩種類型：鐵和鐵氧體。鐵磁芯電感用于低頻場(chǎng)合（幾十KHz），而鐵氧體磁芯電感用于高頻場(chǎng)合（到MHz）。因此鐵氧體磁芯電感更適合于EMC應(yīng)用。

在EMC應(yīng)用中特別使用了兩種特殊的電感類型：鐵氧體磁珠和鐵氧體磁夾。鐵和鐵氧體可作電感磁芯骨架。鐵芯電感常應(yīng)用于低頻場(chǎng)合（幾十KHz），而鐵氧體芯電感常應(yīng)用于高頻場(chǎng)合（MHz）。所以鐵氧芯感應(yīng)體更適合于EMC應(yīng)用。

三、濾波器結(jié)構(gòu)的選擇
EMC設(shè)計(jì)中的濾波器通常指由L，C構(gòu)成的低通濾波器。不同結(jié)構(gòu)的濾波器的主要區(qū)別之一，是其中的電容與電感的聯(lián)接方式不同。濾波器的有效性不僅與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且還與聯(lián)結(jié)的網(wǎng)絡(luò)的阻抗有關(guān)。如單個(gè)電容的濾波器在高阻抗電路中效果很好，而在低阻抗電路中效果很差。

濾波器分類（基于功能）


濾波器分類（基于結(jié)構(gòu)）

濾波器選型

四、EMC元件之磁珠
磁珠由氧磁體組成，電感由磁心和線圈組成，磁珠把交流信號(hào)轉(zhuǎn)化為熱能，電感把交流存儲(chǔ)起來(lái)，緩慢的釋放出去。

磁珠工作原理