常用电感型号(电感器应用)

1,磁珠的应用

磁珠主要用于对传导(CE)/辐射(RE)干扰的抑制。

——电磁干扰(EMI)分为:传导干扰(CE)和辐射干扰(RE),主要差别在于传导干扰(CE)频段集中在30MHz以下,通过电缆为载体传播;辐射干扰(RE)频段在30MHz以上,通过空间辐射方式传播。具体后续《电磁兼容》专题分析。

1. 信号(data)与噪声(noise)的频率分布不同:一般信号工作于磁珠低频低阻区域,而噪声频段分布在磁珠的高阻区,从而达到有效抑制噪声电平的效果;

常用电感型号(电感器应用)(1)

2. 如上图所示,对信号进行低通滤波:噪声频率越大则阻抗越大(阻抗来自于磁芯材料的损耗),从而噪声通过后的衰减越大;

——一般信号的频率<10MHz,抑制噪声信号的频率<2GHz(高频磁珠可以达到2G~3GHz范围)。

1,通用磁珠:一般通流能力<0.5A;

2, 尖峰磁珠:用于屏蔽确定频率的强噪声;

3, 大电流磁珠:用于电源电路、大电流电路的噪声屏蔽,一般通流能力>0.5A。

常用电感型号(电感器应用)(2)

根据不同磁珠的不同特性,磁珠可以应用于不同的硬件电路设计中:

3. 大电流磁珠最常用于DC电源的传导干扰抑制:应用在单板内芯片端电源输入管脚的噪声抑制,需要明确的是这种抑制是双向的:既抑制芯片电源干扰到单板电源,又阻止单板电源干扰到芯片电源管脚。如下图所示,电源上存在高频噪声,其频段为50MHz~250MHz,为了避免芯片受到板级电源平面上的高频噪声干扰,在芯片电源输入管脚端增加磁珠滤波(一般为型滤波)。

常用电感型号(电感器应用)(3)

常用电感型号(电感器应用)(4)

4. 数字电路的干扰抑制:数字信号有丰富的高频谐波,容易产生辐射干扰,通过选择不同型号的磁珠来抑制不同的高频分量;这种硬件设计主要用在对外接口信号线上,防止噪声通过对外接口信号线传播到设备外面,造成RE超标。具体效果如下图所示。

常用电感型号(电感器应用)(5)

5. 一般传导干扰(CE)以差模方式传播,辐射干扰(RE)以共模方式传播,所以采用不同的方式进行抑制;如下图所示。

常用电感型号(电感器应用)(6)

高速数字信号,如USB2.0等,产生的干扰以辐射干扰(RE)噪声为主,可采用共模磁珠抑制,同时也可以改善信号质量。

常用电感型号(电感器应用)(7)

2,叠层片式电感器的应用

叠层片式电感器的选择,须兼顾较小的电感量波动和较高的品质因数Q;中低频片式电感器采用铁氧体材料制作(高磁导率的黑色瓷体),高频片感采用陶瓷材料制作(低磁导率的白色瓷体)。叠层片式电感器由于体型较小,其额定电流(最大工作电流)一般小于0.5A;感量一般在nH~uH级别,精度J=±5% K=±10% M=±20%,Q值一般为40~70。

根据前期电感器特性的分析以及电感器实际应用,电感器需要工作在感值较稳定,感抗相对较大(达到良好抑制作用),Q值也相对较大的区域。如下图所示。

常用电感型号(电感器应用)(8)

叠层片式电感器一般用于RF滤波电路,由LC组合构成,同时还有阻抗匹配的功能。工作频率较高时,要求电感器有较高的Q值与极高的L精度,以确保较低的插入损耗。各种不同LC滤波结构如下图所示。

常用电感型号(电感器应用)(9)

低频、中频、高频电感器的曲线示例如下图所示,具体根据实际电路的工作频率,选择合适的电感器。

常用电感型号(电感器应用)(10)

3,功率电感器/变压器的应用

功率电感器/变压器主要用于开关电源设计,开关电源中对于电感器/变压器的具体设计要求,文章不在分析,如下为开关电源中对电感器比较关注的参数简要介绍:

1. 电感器的感值L的大小,主要影响开关电源输出纹波电流IL的大小:感值高纹波电流小,感值低则纹波电流大;同时纹波电流决定了磁芯损耗的大小;

2. 功率电感器的额定电,流选择Isat和Irms中较小的值,一旦超过额定电流,电感器性能无法保障,电感器在Buck开关电源中最大电流Imax = Io IL/2;

常用电感型号(电感器应用)(11)

3. Rdc是电感器直流电阻值,是电感器在开关电源中损耗的重要组成部分,直流阻抗值越小越好;

4. 屏蔽电感器与非屏蔽电感器对外部的电路影响不同,同时非屏蔽电感器容易受到外部磁性元件或PCB铜皮的影响、所以尽可能使用磁屏蔽封装功率电感器。

常用电感型号(电感器应用)(12)

根据开关电源工作频率的要求不同,我们需要选择不同磁芯材料的功率电感。一般开关电源的频率在几十KHz~几MHz的范围,所以锰-锌铁氧体磁芯其相对磁导率较高,而且工作频率也比较合适,如下图所示。

常用电感型号(电感器应用)(13)

4,网络变压器的应用

网络变压器的使用,首先需要根据10M、100M、1000M不同的速率来选择合适的变压器。

1. 我们在使用网络变压器时,看到变压器中间抽头的接线方式有很多种:有些接电源,有些接地,这是什么原因?

常用电感型号(电感器应用)(14)

这主要是由所使用PHY芯片的UTP驱动类型决定(参考PHY芯片资料推荐连接方式):

1, 如果是电流驱动,就需要将网络变压器抽头接至电源;电源具体接多少,取决于PHY芯片的UTP端口电平;电流驱动类型驱动变压器的工作原理,如下图所示。

常用电感型号(电感器应用)(15)

2, 如果是电压驱动,直接接一个电容到GND即可;其工作原理如下图所示。

常用电感型号(电感器应用)(16)

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