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EMC滤波器件基础——磁珠

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发表于 8 小时前 |广东| 显示全部楼层 |阅读模式

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深圳市霍达尔仪器

EMC滤波器件基础——磁珠


                               
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磁珠的介绍

磁珠全称为铁氧体磁珠,以铁氧体为核心材质,主要依靠高频电流热损耗原理,吸收电源线、信号线中的高频噪声。磁珠等效电路为电感、电阻、电容三者并联后再串联一颗电阻,高频工况下整体呈阻性特性,可有效耗散高频干扰。

                               
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磁珠等效电路模型

                               
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磁珠可有效吸收信号中的高频振铃与毛刺干扰
按照封装形式可分为单体磁珠与磁珠排,其中磁珠排为多颗磁珠阵列封装结构,适配电路板高密度安装场景。

                               
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单体磁珠

                               
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磁珠排
磁珠按应用场景可分为电源专用磁珠与信号专用磁珠两大类。
其中高速信号线适配的磁珠,最大阻抗对应的工作频率更高,有效滤波频段也整体偏向高频区间。

                               
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一般信号线磁珠

                               
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高速信号线磁珠
磁珠和电感的区别:磁珠阻抗没有明显的谐振,且随着频率增加,主要表现出电阻的效应,而电感有明显的谐振效应,且随着频率增加,其高阻抗主要是电感提供的。磁珠可以耗散掉高频能量。

                               
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磁珠VS电感


                               
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磁珠的主要技术参数


                               
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EMC选型更关注电气参数。
频率阻抗参数:行业通常采用100MHz下的阻抗值作为磁珠表征标准,但选型时优先参考阻抗-频率特性曲线。多款磁珠即便100MHz阻抗数值相同,最大阻抗对应的频点也可能差异较大,只有通过特性曲线才能明确器件有效滤波区间。
在各项电气参数均满足电路要求的前提下,磁珠阻抗越高,滤波抑制效果越优异。


                               
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磁珠的选型流程

除通用选型要点外,信号接口电路额外需考量信号工作频率,选用的磁珠不得干扰有用信号正常传输。
选型第一步:确定额定电流电源电路:
选用电源专用磁珠,额定电流需预留 50% 降额余量;例如回路工作电流 1A 时,磁珠额定电流至少选取 2A。信号接口:信号线电流稳定且普遍低于 200mA,仅需匹配回路通流需求即可。

                               
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在额定电流、直流阻抗均满足要求的基础上,优先选用 100MHz 阻抗更高的磁珠,磁珠依靠高阻抗实现噪声吸收与滤波。
选型第二步:确认电路工作频率电源电路:
电源工作频率普遍偏高,基本无需担心磁珠高阻抗干扰电路正常运行。信号电路:串联于信号线的滤波磁珠,在信号工作频点处阻抗应尽量偏低,减小传输线阻抗突变,保障有用信号正常传输。
备注:(1)普通信号线:适配工作频率 f<10MHz 电路,信号工作频点下阻抗需低于 50Ω;(2)高速信号线:适配 10MHz<f<30MHz 电路,信号工作频点下阻抗建议小于 30Ω。实际效果以上机实测为准,选型后需上机验证信号完整性是否达标。
选型第三步:100MHz 阻抗选型

                               
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在通流能力、直流阻抗、信号传输性能均满足电路运行要求时,磁珠阻抗越高,滤波插入损耗越大,噪声抑制效果越佳。磁珠100MHz阻抗常规区间为50Ω~1000Ω,工程常用典型规格为300Ω~600Ω。
注意:磁珠选型不可仅参考100MHz阻抗数值。即便两款磁珠100MHz阻抗一致,高低频段的阻抗曲线、滤波特性也会存在明显差距,仅依靠单频点阻抗无法完整评判器件滤波性能,选型务必搭配阻抗-频率曲线综合判断。


                               
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磁珠的典型应用


                               
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磁珠用于芯片电源滤波

                               
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磁珠电源滤波电路中,磁珠布置于数字电源与模拟电源的分隔区域,两侧搭配电容组成 C-FB-C 型 Π 式滤波网络,可抑制数字电源向模拟电源耦合传导的干扰噪声。

                               
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RS232接口信号滤波
  • 232电路EMC设计分析

1) D1、D2为TVS管可以有效抑制在插拔过程中产生的大能量干扰和静电干扰冲击,此处选用的参数为SMAJ18CA;
2)先防护再滤波,L1、L2为磁珠,可对高频扰形成高阻抗,C1~C4则为干扰提供低阻抗泄放通路,避免干扰通过RS232线路传输,此处磁珠选用的参数为6000@100MHz,;
当RS232安装在室外时,还需增加雷击浪涌等大能量冲击的防护,类似于RS485电路结构的气体放电管、热敏电阻等。
  • 232电路PCB布局EMC要点

1)该电路防护器件回流至FG设备机壳地;金属外壳设备采用分地设计,机壳FG地与数字地通过1nF电容连接,FG就近接外壳;非金属外壳设备则将FG直接连通数字地,元器件分区布置。
2)磁珠、TVS等保护器件紧贴PCB板边或连接器放置,让外部浪涌、干扰在接口位置完成滤除。
3)接口及其滤波保护电路周边禁止走线,接口浪涌防护瞬间di/dt、dv/dt数值大,极易耦合干扰邻近线路。
4)信号线选用屏蔽线缆,线缆屏蔽层与连接器实现完整360°环绕搭接。
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