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疊層電感和磁珠的選型

日期:2013-11-05 / 來源:未知

在電子設備的 PCB 板電路中會大量使用感性元件和 EMI濾波器元件。這些元件包括片式電感和片式磁珠,以下就這兩種器件的特點進行描述并分析他們的普通應用場合以及特殊應用場合。
        
表面貼裝元件的好處在于小的封裝尺寸和能夠滿足實際空間的要求。除了阻抗值,載流能力以及其他類似物理特性不同外,通孔接插件和表面貼裝器件的其他性能特點基本相同。

片式電感
        
在需要使用片式電感的場合,要求電感實現以下兩個基本功能:電路諧振和扼流電抗。諧振電路包括諧振發生電路,振蕩電路,時鐘電路,脈沖電路,波形發生電路等等。諧振電路還包括高Q帶通濾波器電路。 
        
要使電路產生諧振,必須有電容和電感同時存在于電路中。在電感的兩端存在寄生電容,這是由于器件兩個電極之間的鐵氧體本體相當于電容介質而產生的。在諧振電路中,電感必須具有高Q,窄的電感偏差,穩定的溫度系數,才能達到諧振電路窄帶,低的頻率溫度漂移的要求。 

Q 電路具有尖銳的諧振峰值。窄的電感偏置保證諧振頻率偏差盡量小。穩定的溫度系數保證諧振頻率具有穩定的溫度變化特性。 
        
標準的徑向引出電感和軸向引出電感以及片式電感的差異僅僅在于封裝不一樣。電感結構包括介質材料(通常為氧化鋁陶瓷材料)上繞制線圈,或者空心線圈以及鐵磁性材料上繞制線圈。
        
在功率應用場合,作為扼流圈使用時,電感的主要參數是直流電阻(DCR,額定電流,和低 Q 值。當作為濾波器使用時,希望寬帶寬特性,因此,并不需要電感的高 Q 特性。低的DCR 可以保證最小的電壓降,DCR 定義為元件在沒有交流信號下的直流電阻。 

片式磁珠
         
片式磁珠的功能主要是消除存在于傳輸線結構(PCB 電路)中的 RF噪聲,RF能量是疊加在直流傳輸電平上的交流正弦波成分,直流成分是需要的有用信號,而射頻RF能量卻是無用的電磁干擾沿著線路傳輸和輻射(EMI)。要消除這些不需要的信號能量,使用片式磁珠扮演
高頻電阻的角色(衰減器),該器件允許直流信號通過,而濾除交流信號。通常高頻信號為30MHz 以上,然而,低頻信號也會受到片式磁珠的影響。

片式磁珠由軟磁鐵氧體材料組成,構成高體積電阻率的獨石結構。渦流損耗同鐵氧體材料的電阻率成反比。渦流損耗隨信號頻率的平方成正比。 

使用片式磁珠的好處:

  • 小型化和輕量化

  • 在射頻噪聲頻率范圍內具有高阻抗,消除傳輸線中的電磁干擾。

  • 閉合磁路結構,更好地消除信號的串繞。

  • 極好的磁屏蔽結構。

  • 降低直流電阻,以免對有用信號產生過大的衰減。

  • 顯著的高頻特性和阻抗特性(更好的消除RF能量)。

  • 在高頻放大電路中消除寄生振蕩。

  • 有效的工作在幾個MHz到幾百MHz的頻率范圍內。

要正確的選擇磁珠,必須注意以下幾點:

  • 不需要的信號的頻率范圍為多少。

  • 噪聲源是誰。

  • 需要多大的噪聲衰減。

  • 環境條件是什么(溫度,直流電壓,結構強度)。

  • 電路和負載阻抗是多少。

  • 是否有空間在PCB板上放置磁珠。

前三條通過觀察廠家提供的阻抗頻率曲線就可以判斷。在阻抗曲線中三條曲線都非常重

要,即電阻,感抗和總阻抗。總阻抗通過來描述。典型的阻抗曲線如下圖所示 

通過這一曲線,選擇在希望衰減噪聲的頻率范圍內具有最大阻抗而在低頻和直流下信號衰減盡量小的磁珠型號。

片式磁珠在過大的直流電壓下,阻抗特性會受到影響,另外,如果工作溫升過高,或者外部磁場過大,磁珠的阻抗都會受到不利的影響。 

使用片式磁珠和片式電感的原因:
是使用片式磁珠還是片式電感主要還在于應用。在諧振電路中需要使用片式電感。而需要消除不需要的 EMI噪聲時,使用片式磁珠是最佳的選擇。 

片式磁珠和片式電感的應用場合:
片式電感: 
射頻(RF)和無線通訊,信息技術設備,雷達檢波器,汽車電子,蜂窩電話,尋呼機,音頻設備,PDAs(個人數字助理),無線遙控系統以及低壓供電模塊等。 
片式磁珠: 
時鐘發生電路,模擬電路和數字電路之間的濾波,I/O輸入/輸出內部連接器(比如串口,并口,鍵盤,鼠標,長途電信,本地局域網),射頻(RF)電路和易受干擾的邏輯設備之間,供電電路中濾除高頻傳導干擾,計算機,打印機,錄像機(VCRS,電視系統和手提電話中的 EMI噪聲抑止。


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