磁珠和電感在解決EMC問(wèn)題中的作用

　磁珠和電感在解決EMI和EMC方面的作用有什么區(qū)別，各有什么特點(diǎn)，是不是使用磁珠的效果會(huì)更好一點(diǎn)呢？

　　從原理上來(lái)說(shuō)，磁珠可等效成一個(gè)電感，所以磁珠在EMI和EMC電路中就相當(dāng)于一個(gè)抑制電感的作用，主要是對(duì)高頻傳導(dǎo)干擾信號(hào)進(jìn)行抑制。

　　磁珠可等效成一個(gè)電感，但這個(gè)等效電感與電感線圈是有區(qū)別的，磁珠與電感線圈的最大區(qū)別就是，電感線圈有分布電容。因此，電感線圈就相當(dāng)于一個(gè)電感與一個(gè)分布電容并聯(lián)。如圖1所示。圖1中，LX為電感線圈的等效電感（理想電感），RX為線圈的等效電阻，CX為電感的分布電容。

　　理論上對(duì)傳導(dǎo)干擾信號(hào)進(jìn)行抑制，要求抑制電感的電感量越大越好，但對(duì)于電感線圈來(lái)說(shuō)，電感量越大，則電感線圈的分布電容也越大，兩者的作用將會(huì)互相抵消。

　　圖2是普通電感線圈的阻抗與頻率的關(guān)系圖，由圖中可以看出，電感線圈的阻抗開(kāi)始的時(shí)候是隨著頻率升高而增大的，但當(dāng)它的阻抗增大到最大值以后，阻抗反而隨著頻率升高而迅速下降，這是因?yàn)椴⒙?lián)分布電容的作用。當(dāng)阻抗增到最大值的地方，就是電感線圈的分布電容與等效電感產(chǎn)生并聯(lián)諧振的地方。圖中，L1 》 L2 》 L3，由此可知電感線圈的電感量越大，其諧振頻率就越低。從圖2中可以看出，如果要對(duì)頻率為1MHz的干擾信號(hào)進(jìn)行抑制，選用L1倒不如選用L3，因?yàn)?L3的電感量要比L1小十幾倍，因此L3的成本也要比L1低很多。

　　如果我們還要對(duì)抑制頻率進(jìn)一步提高，那么我們最后選用的電感線圈就只好是它的最小極限值，只有1圈或不到1圈了。磁珠，即穿心電感，就是一個(gè)匝數(shù)小于1圈的電感線圈。但穿心電感比單圈電感線圈的分布電容小好幾倍到幾十倍，因此，穿心電感比單圈電感線圈的工作頻率更高。

　　穿心電感的電感量一般都比較小，大約在幾微亨到幾十微亨之間，電感量大小與穿心電感中導(dǎo)線的大小以及長(zhǎng)度，還有磁珠的截面積都有關(guān)系，但與磁珠電感量關(guān)系最大的還要算磁珠的相對(duì)導(dǎo)磁率 。圖3、圖4是分別是指導(dǎo)線和穿心電感的原理圖，計(jì)算穿心電感時(shí)，首先要計(jì)算一根圓截面直導(dǎo)線的電感，然后計(jì)算結(jié)果乘上磁珠相對(duì)導(dǎo)磁率 就可以求出穿心電感的電感量。

　　另外，當(dāng)穿心電感的工作頻率很高時(shí)，在磁珠體內(nèi)還會(huì)產(chǎn)生渦流，這相當(dāng)于穿心電感的導(dǎo)磁率要降低，此時(shí)，我們一般都使用有效導(dǎo)磁率 。有效導(dǎo)磁率 就是在某個(gè)工作頻率之下，磁珠的相對(duì)導(dǎo)磁率。但由于磁珠的工作頻率都只是一個(gè)范圍，因此在實(shí)際應(yīng)用中多用平均導(dǎo)磁率 。

　在低頻時(shí)，一般磁珠的相對(duì)導(dǎo)磁率都很大（大于100），但在高頻時(shí)其有效導(dǎo)磁率只有相對(duì)導(dǎo)磁率的幾分之一，甚至幾十分之一。因此，磁珠也有截止頻率的問(wèn)題，所謂截止頻率，就是使磁珠的有效導(dǎo)磁率下降到接近1時(shí)的工作頻率fc，此時(shí)磁珠已經(jīng)失去一個(gè)電感的作用。一般磁珠的截止頻率fc都在 30～300MHz之間，截止頻率的高低與磁珠的材料有關(guān)，一般導(dǎo)磁率越高的磁芯材料，其截止頻率fc反而越低，因?yàn)榈皖l磁芯材料渦流損耗比較大。使用者在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的時(shí)候，可要求磁芯材料的提供商提供磁芯工作頻率與有效導(dǎo)磁率 的測(cè)試數(shù)據(jù)，或穿心電感在不同工作頻率之下的曲線圖。圖5是穿心電感的頻率曲線圖。

　　磁珠另一個(gè)用途就是用來(lái)做電磁屏蔽，它的電磁屏蔽效果比屏蔽線的屏蔽效果還要好，這是一般人不太注意的。其使用方法就是讓一雙導(dǎo)線從磁珠中間穿過(guò)，那么當(dāng)有電流從雙導(dǎo)線中流過(guò)時(shí)，其產(chǎn)生的磁場(chǎng)將大部份集中在磁珠體內(nèi)，磁場(chǎng)不會(huì)再向外輻射；由于磁場(chǎng)在磁珠體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生電力線的方向與導(dǎo)體表面電力線的方向正好相反，互相可以抵消，因此，磁珠對(duì)于電場(chǎng)同樣有屏蔽作用，即：磁珠對(duì)導(dǎo)體中的電磁場(chǎng)有很強(qiáng)的屏蔽作用。

　　使用磁珠進(jìn)行電磁屏蔽的優(yōu)點(diǎn)是磁珠不用接地，可以免去屏蔽線要求接地的麻煩。用磁珠作為電磁屏蔽，對(duì)于雙導(dǎo)線來(lái)說(shuō)，還相當(dāng)于在線路中接了一個(gè)共模抑制電感，對(duì)共模干擾信號(hào)有很強(qiáng)的抑制作用。

　　由此可知，電感線圈主要是用于對(duì)低頻干擾信號(hào)進(jìn)行EMI抑制，而磁珠主要是對(duì)高頻干擾信號(hào)進(jìn)行EMI抑制，因此，對(duì)一個(gè)頻帶很寬的干擾信號(hào)進(jìn)行EMI抑制，必須同時(shí)采用多個(gè)不同性質(zhì)的電感才會(huì)有效。另外，對(duì)共模傳導(dǎo)干擾信號(hào)進(jìn)行EMI抑制，還要注意抑制電感與Y電容的連接位置。Y電容和抑制電感盡量靠近電源的輸入端，即電源插座的位置，并且高頻電感要盡量靠近Y電容，而Y電容還要盡量靠近與大地連接的地線（三心電源線的地線），這對(duì)EMI抑制才有效。

　　附件：

　　1、圓截面直導(dǎo)線電感與穿芯電感的計(jì)算：

　　如圖3所示圓截面直導(dǎo)線，其電感為：

　　 ［H］ （1）

　　其中：

　　L：圓截面直導(dǎo)線的電感［H］

　　 ：導(dǎo)線長(zhǎng)度［m］

　　r：導(dǎo)線半徑［m］

　　 ：真空導(dǎo)磁率， ［H/m］

　　【說(shuō)明】這是在》》 r的條件下的計(jì)算公式。當(dāng)圓截面直導(dǎo)線的外部有磁珠時(shí)，簡(jiǎn)稱磁珠，磁珠的電感是圓截面直導(dǎo)線的電感的倍，是磁芯的相對(duì)導(dǎo)磁率， ，為磁芯的導(dǎo)磁率，也稱絕對(duì)導(dǎo)磁率，是一個(gè)無(wú)單位的常數(shù)，它很容易通過(guò)實(shí)際測(cè)量來(lái)求得。