国产精品久久人妻互换毛片,国产av国片偷人妻麻豆,国产精品第12页,国产高清自产拍av在线,潮喷大喷水系列无码久久精品

技術(shù)頻道

抗EMI磁性濾波器:原理·應(yīng)用·展望


1 前言
  隨著各種電子設(shè)備、電視網(wǎng)絡(luò)、程控交換機(jī)、移動(dòng)通信機(jī)及辦公自動(dòng)化的日益普及,電子系統(tǒng)中的電磁環(huán)境越來越復(fù)雜,電磁干擾(EMI)現(xiàn)象日益嚴(yán)重,并且成為影響系統(tǒng)正常工作的突出障礙。美國(guó)是世界上最先感受到電磁污染引起潛在問題的國(guó)家之一,為了減小、抑制和消除電磁干擾,美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)(FCC)在1980年代初就制定了強(qiáng)制實(shí)施的控制電磁干擾的極限以及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)(MIL-STD-461B等)。近幾年,我國(guó)也在逐步等同采用或等效采用美國(guó)這方面的標(biāo)準(zhǔn),并制定了我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GJB151-86等),把電磁兼容問題也提到了議事日程上[1]。
  電磁干擾按其能量傳播的方式可分為輻射干擾和傳導(dǎo)干擾兩種。對(duì)于輻射干擾,采用屏蔽技術(shù)來消除效果最好;而對(duì)于傳導(dǎo)干擾,采用磁性濾波器件來消除、抑制則是最有效和最經(jīng)濟(jì)的方法。并且將抗EMI元器件安置到盡可能靠近干擾源的地方,還可有效減少輻射干擾的產(chǎn)生。
  EMI磁性器件按其抑制或吸收傳導(dǎo)干擾的工作原理又可分為吸收式抗EMI濾波器和組合式抗EMI濾波器。本文即對(duì)這兩類抗EMI濾波器件的工作原理、常見類型及適用場(chǎng)合作一闡述,并簡(jiǎn)要論述近年來抗EMI濾波器發(fā)展的熱點(diǎn)及預(yù)測(cè)其發(fā)展的趨勢(shì)。
2 吸收式抗EMI濾波器
  吸收式抗EMI濾波器在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于一個(gè)繞線或穿心的磁芯線圈,這類濾波器主要是利用磁性材料的阻抗頻率特性來達(dá)到抑制EMI的目的。我們知道,當(dāng)將一磁導(dǎo)率為的磁芯插入電感量為L0的線圈中(假設(shè)忽略線圈的損耗),則該線圈的復(fù)數(shù)阻抗Z可表示為:
 
式中,
等效于電阻;等效于電抗;為角頻率;、分別為磁芯磁導(dǎo)率的實(shí)部、虛部。
  
在材料的截止頻率以下,
,阻抗主要由貢獻(xiàn),而當(dāng)工作頻率超過材料的截止頻率以后,急劇下降,而下降到一定程度以后變化逐漸緩慢,遠(yuǎn)大于,此時(shí)阻抗主要由貢獻(xiàn)。并且由于阻抗與角頻率成正比,磁導(dǎo)率下降對(duì)阻抗的降低效果小于頻率上升對(duì)阻抗的升高效果,因此隨頻率的提高,阻抗仍在不斷升高,直到由于分布電容影響,構(gòu)成了低阻抗的通道及材料磁導(dǎo)率虛部進(jìn)一步下降,阻抗才達(dá)到一峰值后開始緩慢下降??偟膩碚f,磁芯線圈在高頻段時(shí)的阻抗遠(yuǎn)大于其在低頻段的阻抗。磁芯線圈阻抗的頻率特性如圖1所示。這樣,對(duì)于頻率低于磁性材料截止頻率的有用信號(hào),磁芯線圈僅相當(dāng)于一個(gè)低阻抗的電感器,信號(hào)很容易通過。而對(duì)于高頻段的干擾,磁芯線圈的阻抗很大,成為一個(gè)高效的干擾衰減器。
  在吸收式抗EMI濾波器中,磁芯線圈作為干擾信號(hào)的衰減器,一般都是跟信號(hào)源、負(fù)載串聯(lián)使用的。其等效電路如圖2所示。鐵氧體元器件對(duì)EMI信號(hào)的衰減(插入損耗),按下式計(jì)算:
 
其中ZA為信號(hào)源阻抗,ZF為鐵氧體磁芯阻抗,ZB為負(fù)載阻抗。在需要衰減的EMI頻段,鐵氧體的阻抗ZF比信號(hào)源阻抗和負(fù)載阻抗ZB在數(shù)量級(jí)上高很多,因此,通常情況下,衰減量都很大,甚至可把衰減公式近似為
  
  一般來說,為了達(dá)到最佳的干擾濾除效果,希望吸收式抗
EMI濾波器在干擾的中心頻段具有最大的阻抗值,而濾波器阻抗的峰值頻率點(diǎn)一般又與磁芯材料的截止頻率成正比,即與磁芯材料的起始磁導(dǎo)率成反比。因此,為了滿足濾除不同頻段電磁干擾的要求,用于吸收式抗EMI濾波器的材料必須加以系列化。圖3Ferroxcube公司抗EMI濾波器系列材料的阻抗頻率曲線[2],可見,對(duì)于不同的抗EMI材料具有不同的阻抗峰值頻率點(diǎn),分別針對(duì)濾除不同頻段的干擾。
  吸收式抗EMI濾波器按其具體用途可分為小信號(hào)濾波器、中間(intermediate)濾波器和電源濾波器三大類。小信號(hào)濾波器主要用于吸收多股并行信號(hào)傳輸線上附加的干擾,如交換機(jī)數(shù)據(jù)聯(lián)線、計(jì)算機(jī)主機(jī)-顯示器聯(lián)線、主機(jī)-驅(qū)動(dòng)器聯(lián)線干擾等等。此類濾波器一般制作成多孔平板狀或扁平盒狀,每條信號(hào)線相當(dāng)于都通過了一個(gè)單匝的磁芯。對(duì)于不同的干擾頻段,要求濾波器具有不同的阻抗峰值頻率點(diǎn),這可通過選擇不同的材料來實(shí)現(xiàn),而阻抗的大小則主要由磁芯的長(zhǎng)度來控制。
  對(duì)于中間濾波器,其安置的位置頗有講究。如果已知道某個(gè)元件是干擾產(chǎn)生的源,如晶體管或MOS管引起的過沖現(xiàn)象,可將濾波器做成引腳磁珠,直接安置在晶體管或MOS管的引腳上,以盡可能地防止干擾的傳播。如果引起干擾的元件不易確定,但是干擾傳輸?shù)耐緩侥軌蛎鞔_,如高速數(shù)字時(shí)鐘線,則可將濾波器制作成穿心磁珠或SMD磁珠,連接在干擾傳輸線上,達(dá)到抑制干擾的目的。為了進(jìn)一步提高濾波能力,還可采取繞多匝線圈或添加旁路電容的方式來實(shí)現(xiàn)。如果只知道干擾由某塊PCB板產(chǎn)生,則濾波器需安裝在此PCB板與系統(tǒng)其它部分所連接的線路上,這也可采用穿心磁珠來實(shí)現(xiàn),如果需要更大的阻抗,還可采用多孔磁珠,讓線路按一定規(guī)則穿過多孔,直到滿足阻抗要求為止[2]。此外,還有一類寬頻帶扼流圈也屬于此類濾波器,一般為環(huán)形,讓所有可能產(chǎn)生干擾的線路都穿過或繞制在磁芯上面,它的優(yōu)點(diǎn)是寬頻帶及高阻抗,這種扼流圈要特別注意各線路之間的相互絕緣及有效降低分布電容。
  對(duì)于電源濾波器件,由于線路上通過的電流一般較大,所以要特別注意磁芯的飽和問題。這類濾波器包括開關(guān)電源中應(yīng)用的共模扼流圈、電源線路扼流圈等等。電源共模扼流圈的結(jié)構(gòu)如圖4所示。雖然差模電流能夠相互補(bǔ)償,但在實(shí)際生產(chǎn)中,兩個(gè)繞組不可能做到完全對(duì)稱,使得L1L2的電感量不相等,從而也會(huì)對(duì)磁芯產(chǎn)生一定的偏置效果,因此也應(yīng)該注意磁芯的飽和現(xiàn)象,最好選擇Bs較大的磁芯來制作。L1L2的差值(L1L2)形成的差模漏電感LeCx電容器同時(shí)也組成L-N獨(dú)立端口間的一只低通濾波器,在一定程度上也可抑制電源線上存在的差模EMI信號(hào)。對(duì)于電源線路上專門的差模扼流圈,由于承受的偏置電流大,目前最理想的材料是選擇復(fù)合磁粉芯,它是將金屬軟磁粉末經(jīng)絕緣包裹壓制退火而成,相當(dāng)于把一集中的氣隙分散成微小孔穴均勻分布在磁芯中,不但材料的抗飽和強(qiáng)度增大,而且磁芯的電阻率比金屬軟磁材料增大了幾個(gè)數(shù)量級(jí),從而可應(yīng)用在較高的頻段內(nèi)。磁粉芯的起始磁導(dǎo)率不是很高,為了獲得高阻抗,可通過增加匝數(shù)來實(shí)現(xiàn)。
3 組合式抗EMI濾波器
  組合式抗EMI濾波器又稱為反射式濾波器或復(fù)合LC型濾波器。它是利用巴特奧斯或切比雪夫?yàn)V波器的設(shè)計(jì)原理和理論,根據(jù)在交流狀態(tài)下電容的通高頻阻低頻、電感的通低頻阻高頻的特性,將電感和電容組合連接成電路,使其具有一定的濾波功能。濾波要求不同,選用的LC組合及對(duì)電感和電容值的要求也不同。
  復(fù)合LC噪聲濾波器電路通常采用型、T型及型電路及它們的組合等,使濾波器對(duì)信號(hào)源阻抗匹配,讓所需要的信號(hào)幾乎無衰減地通過,而對(duì)高頻干擾呈現(xiàn)大的阻抗失配,使由信號(hào)源傳導(dǎo)到濾波器輸入端的干擾大多數(shù)被反射回源,而由濾波器輸出端反向傳輸?shù)母哳l干擾也被反射回負(fù)載。由于其所具有的雙向抑制性,在實(shí)際應(yīng)用時(shí),要使濾波器的端口處與源端和負(fù)載端產(chǎn)生最大的阻抗失配,這樣才能使濾波器對(duì)電磁干擾的衰減等于自身網(wǎng)絡(luò)的衰減再加上輸入和輸出端口所產(chǎn)生的反射。因此,在濾波器結(jié)構(gòu)的選擇上,必須充分考慮源端阻抗和負(fù)載阻抗的情況。對(duì)于常用的π型、T型及Γ型組合式濾波器,其結(jié)構(gòu)選擇的規(guī)律如圖5所示。
  在組合式抗EMI濾波器中,由于其電容和電感在高頻時(shí)容易受到分布參數(shù)的影響,甚至發(fā)生諧振現(xiàn)象,使濾器插損性能急劇下降,因此,它一般只適用于抑制頻率相對(duì)較低的干擾。但其濾波效果可通過調(diào)整電感電容值或?yàn)V波階數(shù)來改變,因而在抑制頻率不是太高的干擾時(shí),組合式濾波器能夠產(chǎn)生更佳的除噪效果,適用于對(duì)付強(qiáng)大的噪聲及需要充分去除噪聲的地方,并且其抑制噪聲的頻段變化也很靈活,針對(duì)性可以很強(qiáng)。吸收式濾波器由于消除了器件分布參數(shù)的作用,能夠很好地保證其高頻插損性能,因此多用于抑制高頻的干擾,如果將組合式濾波器和吸收式濾波器適當(dāng)串聯(lián)使用,則可滿足系統(tǒng)寬帶內(nèi)的高性能插損指標(biāo)。
4 EMI濾波器的發(fā)展趨勢(shì)
  電子系統(tǒng)的小型輕量化的發(fā)展,促使抗EMI濾波器也不斷朝小型化、片式化方向發(fā)展。多層片式抗EMI器件就是近年來隨著高密度表面組裝技術(shù)(SMT)的發(fā)展而發(fā)展起來的一種新型表面貼裝元件(SMD),由于其小型化的潛力很大,成為近年來研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。這些抗EMI元器件包括片式磁珠型EMI/RFI抑制器、片式電感器、片式組合式(LC型等)濾波器、片式扼流圈等。在尺寸上,美國(guó)已制定出相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn),如1008(1.0mm×0.8mm),0805,0603,2012等型號(hào)。由于這類抗EMI器件對(duì)采用的鐵氧體材料有特殊的要求,不僅要求其燒結(jié)溫度低、電阻率高、而且要不與內(nèi)導(dǎo)體發(fā)生反應(yīng),因此,近年來人們花費(fèi)了大量的精力和財(cái)力研究降低該系統(tǒng)材料的燒結(jié)溫度以及改進(jìn)其電磁性能,取得了不少有價(jià)值的成果[3~6]。隨著片式抗EMI器件尺寸的進(jìn)一步縮小,如何在小尺寸濾波器上獲得大的電感量或阻抗值將是今后需重點(diǎn)研究的內(nèi)容。另外,為適應(yīng)IC電路小型化精密印制板電路抗EMI的需求,對(duì)薄膜型組合式濾波器的研究也逐漸增多。上世紀(jì)90年代后期,美國(guó)泰克公司、日本東北大學(xué)先后開發(fā)出薄膜π型和薄膜LCEMI濾波器,使用頻段在11000MHz之間,最大插損達(dá)到25dB。由于這種抗EMI器件完全采用薄膜工藝來完成,有望實(shí)現(xiàn)更高的集成度。
  此外,一些新型磁性材料的應(yīng)用,也為抗EMI濾波器的發(fā)展注入了新的活力。納米晶軟磁合金,如Finemet具有與鈷基非晶磁性合金相匹敵的高磁導(dǎo)率16000),還具有與鐵基非晶合金相近的高飽和磁通密度(Bs1.35T)TC570℃,高溫下的磁穩(wěn)定性很好,非常適合用作共模扼流圈及零相電抗器等[7],性能遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)材料制作的相應(yīng)濾波器件。但目前此類材料的成本較高,成為其發(fā)展的最大障礙,如何有效降低此類材料的生產(chǎn)成本,將是決定其能否走向產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。另外,隨著電子系統(tǒng)高頻化的發(fā)展,電磁干擾的頻段也越來越高,為了抑制更高頻段的干擾,具有更高使用頻段的Co2Z材料,復(fù)合(磁、介電)雙性材料也將逐漸應(yīng)用在抗EMI器件中。尤其是復(fù)合雙性材料,在高頻下既可利用其軟磁特性制作電感,也可利用其介電特性制作電容,因此非常適合于組合式抗EMI濾波器的制作。
  總之,磁性濾波器的發(fā)展始終是順應(yīng)電子系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)的。如何進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)濾波器的小型化、集成化、高效化將是今后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不變的研究和發(fā)展主題。




文章版權(quán)歸西部工控xbgk所有,未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載。