镍锌铁氧体 共模电感如何选型?

日期: 2024-04-12 08:05:44|浏览: 34|编号: 46840

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镍锌铁氧体 共模电感如何选型?

共模电感(共模扼流圈)

共模电感器(mode Choke):采用铁氧体磁芯的共模干扰抑制器件。 它由两个相同尺寸、相同匝数的线圈对称绕制在同一个铁氧体环磁芯上组成。 要形成四端器件,必须抑制共模信号的大电感,而差模信号的小漏感几乎没有影响。

工作原理:当共模电流流过磁环时,磁环内的磁通量相互叠加,从而产生相当大的电感,抑制共模电流。 当两个线圈流过差模电流时,磁环中的磁通量相互抵消,几乎没有电感,因此差模电流可以无衰减地通过。

那么共模抑制的具体原理是什么呢?

所谓共模信号就是两个幅度相等、相位相同的信号; 如下图所示,对于差模信号(I1和I2的电流大小和方向相等),则I1和I2产生的磁力线方向相同,当I1=I2且电流方向相同,穿过铁芯的磁力线长度是原来的两倍。 对于共模电感,其电感量为L+M

——共模信号一般来自电网。 共模信号会影响电路板的正常工作,还会以传导干扰(CE)的形式干扰周围环境。

如下图所示,根据通用右手螺旋定则可以得到磁力线的方向。 当同方向电流流过共模线圈时,I1和I2产生的磁力线方向相同(如下右图所示)。 通过磁芯的磁力线会叠加,共模电感的电感量会变大;

——Φ = B*S,共模电流产生的磁通方向相同,因此磁通变大,L = NΦ/I,对于线圈1,I1电流对应于I1+I2= 2*I1,所以电感加倍。 所谓差模信号就是幅度相等、相位相反的两个信号。 如下图所示,对于差模信号(I1和I2的电流大小相等,方向相反),I1和I2产生的磁力线方向相反,当I1=I2且电流方向相反,穿过磁芯的磁力线为0(两个线圈完全对称),对于共模电感来说,其电感为0。

——这就是电源输入接口采用共模电感的原因。 电源电流输入与GND电流输出大小相等,方向相反,因此共模电感对电源正常工作电流没有影响。

共模电感的模型如下图所示。 如果共模信号的频率太高,输入和输出线之间的寄生电容将绕过磁芯,从而降低共模电感器的有效性。

——共模电感的应用有频率限制范围,只能抑制某一频段的共模噪声。

在设计共模电感时,我们需要考虑以下原则:

正常工作条件下电路的额定电流不会达到共模电感的磁饱和状态;

——一旦达到磁饱和状态,共模电感就失去抑制噪声的能力。 高频阻抗足够大(自谐振点必须高),有一定的带宽,对工作频率信号的电流阻抗小;

——如果应用于输入电源的共模噪声滤波,其最大频率在30MHz(CE)以下。 温度系数要小; 直流电阻(Rdc)应尽可能小;

——虽然共模信号必须被抑制,但差模信号的损失必须尽可能小。 例如,对于输入电源共模电感应用,电源线和GND线都是差模信号,共模电感的RDC越大。 ,那么损失就越大。 电感值稳定,感应电感尽可能大; 绕组间绝缘性能满足安全要求;

——共模电感一般用于外部接口(电源接口、信号接口等),会受到高压冲击信号的影响,因此其绝缘性能必须满足安全要求,避免共模电感损坏。 线圈应尽量采用单层绕制,以减少线圈的寄生电容,增强线圈承受瞬时过电压的能力。

——线圈间的寄生电容越大,共模电感越容易通过电容被击穿,大能量的浪涌电压穿透共模电感传导至电路内部,从而导致电路失效。提供共模保护。

磁环

磁环是环形导磁体。 是电子电路中常用的抗干扰元件,对高频噪声有良好的抑制作用。 一般采用铁氧体材料制成,是损耗滤波器,主要用于抑制电缆上的传导干扰; 其工作原理是:在不同的频率下具有不同的阻抗特性:低频时阻抗很小,而当信号频率增加时,磁环所代表的损耗急剧增加。

——从磁环的描述来看,其工作原理与磁珠非常相似:都是利用磁芯的涡流损耗来损失线路中的高频信号噪声。

如下图所示,磁环与其他电感器件有非常明显的不同——它与电路没有电气联系,只是一个简单的磁芯。 所以我们也可以猜测,磁环并不是用在单板电路上,而是用在设备线缆上:将电源线、信号线(网线/电话线/DVI线等)缠绕在磁环上,避免EMI干涉。

——我们经常看到电脑、通讯设备(栗子、无线路由器)或家用电器(液晶电视、机顶盒等)的电源线等线缆上串着一个“凸起”。 这实际上是电线内置的磁场。 戒指。

磁环的磁芯材料有很多种:镍锌铁氧体磁环、锰锌铁氧体磁环、铁粉芯磁环、铁硅铝磁环、高通量磁粉芯磁环、铁粉芯磁环、镍钼磁粉 磁芯磁环、非晶磁环等

磁环的特点及应用

磁环的特性与磁珠类似。 锰锌磁环的特性曲线如下图所示:在1MHz时磁导率下降至1000,在1.05MHz时电感消失,损耗因数在1MHz时急剧上升。 电阻特性(涡流损耗)逐渐明显; 阻抗频率曲线在电感消失的频率点处具有最大值。

低频段的阻抗主要由电感器的感抗组成:电阻很小,主要通过反射抑制电磁干扰,器件呈现低损耗、高Q特性的电感器; 此时,低频段容易引起谐振,可能会出现干扰增强;

——电感L和寄生电容C在高Q值条件下很容易引起LC振荡,详细分析在“开关电源”章节。 高频段的阻抗主要由电阻组成:随着频率的升高,磁芯的导磁率下降,导致电感减小,感抗成分减少,电阻成分增加(涡轮损耗) ); 电磁干扰被吸收并转化为热能的形式散发掉; 磁环安装在靠近干扰源的位置。 对于输入、输出电路,尽量靠近屏蔽壳的进、出口。

确实,磁环和磁珠的整体特性非常接近,但它们的应用场景却完全不同。 那么什么情况下我们应该选择什么样的磁环呢?

首先,需要考虑两个因素:

1、磁环的频率阻抗特性及滤波电路的干扰特性;

——如果滤波电路的EMI频段与磁环的涡流损耗频段不同,那么磁环就发挥不到应有的作用。

2、选择磁环越长、越厚、内径越小、电感越小。 磁环越长越好,孔径和电缆磨损越紧越好;

——磁环尽可能长、尽可能厚、内径尽可能小(电缆紧耦合):尽可能多的电缆磁力线穿过磁环,并且尽可能多的高频噪声能量消耗在磁环中; 电感量尽量小:避免影响正常信号和低频振荡。 绕组匝数越多,抑制低频干扰效果越好,而抑制高频噪声则较弱; 当干扰频段较宽时,可套上两个磁环,绕不同匝数,以抑制不同频段的噪声。

——磁环中存在寄生电容。 该寄生电容与电感器并联。 当遇到高频干扰信号时,寄生电容会使磁环的电感短路而失去作用。 因此,一般低频干扰可以旁路2~3个,而高频干扰则无法旁路。 粉碎,选择更长的磁环。 通过磁环的电流大小与磁环的体积成正比。 两者错位很容易造成磁饱和,降低元件性能。 避免故障的方法是将两根线(V+/V-)同时穿过磁环;

——与共模电感的工作原理类似,起到共模抑制的作用。 抑制高频干扰信号时,选用镍锌铁氧体; 否则,请使用锰锌铁氧体。

——镍锌铁氧体的高频特性优于锰锌铁氧体。 具体参数请参考设备规格书。

2、磁环与其他电感的比较:磁环多用于EMC传导发射(CE)测试,或者电源线上瞬态干扰的抑制; PCB板上的差分信号采用共模电感,滤除共模干扰; 磁环和磁铁:

1、两种磁铁均为硬磁体(永磁体),主要成分为铁、钴、镍等; 磁铁一般用于扬声器、磁疗、核磁共振和发电机; 磁环用于电子产品的抗干扰和滤波。 ;

——硬磁材料也称为永磁材料:是指难以磁化,且在去除外场后仍能保持较高剩余磁化强度的材料。

2、磁铁有两个极:N极和S极; 磁环没有极性。 磁环和磁珠:磁环和磁珠的主要成分是铁氧体。 两者的区别在于磁环与电源/信号线之间没有直接的电气连接。 磁环和电感:电感主要储存能量。 其磁芯一般采用镍锌铁氧体或锰锌铁氧体等材料制成。 不同的是磁环损耗系数高,通过涡流转换高频能量。 转化为热能,从而抑制高频信号的通过。

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