磁珠+叠层电感-顺络.ppt

EMC元器件 2016 5 1 EMC基本概念电磁兼容定义电磁干扰三要素滤波元件2 顺络电子EMC元器件磁珠3 顺络电子叠层电感产品 内容 EMC EMI EMS ElectromagneticCompatibility 电磁兼容性 设备的一种能力 它在其电磁环境中能完成它的功能 而不至于在其环境中产生不能容忍的干扰 ElectromagneticInterference 电磁干扰 任何能中断 阻碍 降低或限制电子设备有效性能的电磁能量 ElectromagneticSusceptibility 电磁敏感性 设备 分系统或系统暴露在电磁辐射下所呈现的不希望有的相应程度 EMC定义和含义 电磁干扰三要素 三要素 传导耦合 辐射耦合 干扰源 耦合通道 受感器 在噪声源处抑制 暴露在噪声下的元件或设备 屏蔽 滤波元件 噪声源 屏蔽 抑制电磁干扰的原理 硬件回路 通过屏蔽保护电路 EMC主要解决方法 预防比屏蔽更加有效 滤波器基本概念 MIL STD220A B OutputvoltagewithoutafilterC Outputvoltagewithafilter 滤波器分类 基于功能 低通滤波器 高通滤波器 带通滤波器 带阻滤波器 单一元件 电感 电容 组合元件 LC滤波器 滤波器分类 基于构成 电感型 电容型 信号线或电源线 信号线或电源线 地线 噪声 噪声 通过阻抗发热消耗噪声 通过旁路将噪声隔离到地线上 滤波器分类 基于滤波方式 滤波器选型 输出阻抗 高 低 High Low 输入阻抗 1 EMC基本概念电磁兼容定义电磁干扰三要素滤波元件2 顺络电子EMC元器件磁珠3 顺络电子叠层电感产品 内容 顺络电子EMC电子元器件 EMC产品详细介绍 磁珠 磁珠工作原理 磁珠是一种阻抗随频率变化的电阻器低频下 感应阻抗较低随着频率增加 阻抗逐渐增大并逐渐显示出电阻功能铁氧体磁珠的工作原理是通过阻抗吸收并发热的形式将不需要频段的能量耗散掉 磁珠 磁珠频谱曲线 等效电路 Z R jXZ2 R2 X2 磁珠的发展趋势 100MHz 500MHz 1GHz 高频段 1608 1005 0603 1000 1800 2700 高阻抗 大电流 6A 3A 波形失真小 小尺寸 3GHz 10A 电性参数 磁珠的结构 X射线 内部结构 生产流程 顺络公司的磁珠 NEWMetalAlloyMultilayer 顺络公司的磁珠 HZ HPZ采用立式的电极结构 具有较小的杂散电容 因而自谐频率较高 在GHz频段下具有较高的阻抗 可用于抑制更高频率的噪声 GZ SZ PZ UPZ EPZ HZ HPZ 在与其他厂商的磁珠产品进行替代和对应时 除了从磁珠类型 尺寸 阻抗 DCR 额定电流等参数进行对应外 还要通过频谱图进行料别判断才能最终确定相应的磁珠型号 通过观察频谱上表示R的曲线是从哪个频率附近开始 抬升 的 可以得知是哪种料别 例如右图的磁珠 R是在10 20MHz范围内开始抬升的 可以判断为E料 不同料别的R曲线 抬升 频率 磁珠料别判断 电感与磁珠的区别与联系 磁珠频谱图及衰减特性 GZ系列 SZ系列 衰减频率范围 30 750MHz 衰减频率范围 100 500MHz PZ UPZ系列 HZ HPZ系列 衰减频率范围 30 750MHz 衰减频率范围 30 3000MHz 磁珠频谱图及衰减特性 磁珠用于抑制电子设备中30MHz至3000MHz范围内的噪声 例如计算机及外围设备 DVD 数码相机 LCDTV 通信设备 OA设备等 电源线高频线路 如时钟线 RGB线路 振荡回路有震铃信号产生的回路 接地回路 应用 了解需要抑制的噪声频段范围明确电磁干扰源及位置明确回路的源阻抗和负载阻抗了解要求的衰减为多大了解线路通过的直流电流多大了解线路板上允许的空间有多大 磁珠选型 磁珠选型 frequency frequency 对于PZ UPZ EPZ HPZ等大电流系列磁珠 在使用温度超过85 后 需要对磁珠额定电流进行降额 对于额定电流大于2A的 曲线由85 线性降额至125 下1A 额定电流小于2A的 则降至125 下0 8A具体每一款磁珠的降额曲线请参考规格书和产品目录 大电流磁珠降额使用 PZBeadsDeratedCurrentCurve 磁珠选型注意事项 数字地和模拟地连接问题 正确方法 数字地和模拟地之间采用0欧姆电阻连接 或者一段很短的导线 磁珠选型注意事项 摆放位置不对导致失效 磁珠选型注意事项 应用1笔记本电脑 1 2 3 SZ PZ UPZ系列 4 GZ SZ PZ UPZ系列 5 6 7 8 11 PZ UPZ系列 10 HZ HPZ系列 常见测试不良 应用注意事项 应用注意事项 应用注意事项 应用注意事项 1 EMC基本概念电磁兼容定义电磁干扰三要素滤波元件2 顺络电子EMC元器件磁珠3 顺络电子叠层电感产品 内容 电感的电性参数 L 电感量Q 品质因子SRF 自谐频率DCR 直流电阻IDC 额定电流 电感的电性参数 L 电感量 电感的作用是抑制电流的改变 电感量衡量其抑制电流改变的特性 一个电感的电感量受磁芯材料 磁芯形状尺寸 线圈数 线圈形状和大小所影响 电感量通常以微亨为单位 1millihenry mH 10 3H1microhenry H 10 6H1nanohenry nH 10 9H 电感量档位 标准的电感量档位是通过字母来反映 电感的电性参数 Q 品质因子 电感的Q值是电感相对损耗的一个度量 被称为 品质因子 它的定义是电感储能与耗能的比值 即电抗与有效电阻的比值 如下公式其中 XL为电感的电抗 包括感抗和容抗两部分 Re 电阻 主要由电感线圈的直流电阻 磁芯损耗以及介电损耗等组成 XL 电抗 和Re 电阻 都是频率的函数 所以指定Q值时必须给定测试频率 低频时电抗随着频率的增长比电阻快 在高频时下降得也快 因此Q值与频率的关系会形成一个钟形的曲线 SRF 自谐频率 自谐频率是指电感的分布电容和电感量发生谐振的频点 在这个频率下 电感感抗与分布电容容抗相等并且互相抵消 整体表现为电抗为零 在自谐频率处电感失去储能能力而表现出高阻的纯电阻特性 即在自谐频率点电感的Q值为零 自谐频率用MHz来定义 在产品资料中以最小值登录 电感的电性参数 DCR 直流电阻 电感的直流电阻指在无交流信号下测得的电阻 在电感设计中 都要求使直流电阻尽可能的小 其量度单位是欧姆 通常标称为最大值 IDC 额定电流 额定电流表征了通过电感的直流电流的强度 包括温升容许电流和磁饱和电流两方面的内容 由二者中较小的电流决定 通常标称为最小值 温升容许电流的大小取决于电感直流电阻 直流电阻越小则温升容许电流越大 磁饱和电流则定义为电感在通入外加电流而导致电感量下降一定幅度时的电流值 电感磁体材料和线圈结构的设计会影响磁饱和电流的大小 对于磁芯为非磁性材料的电感来说 通入电流不会导致电感量下降 因而其额定电流仅由温升容许电流定义 电感的电性参数 顺络电子电感产品 叠层电感产品详细介绍 射频电感 射频电路阻抗匹配 RFimpedancematch 射频谐振 RFresonance 射频供电线路扼流 RFchoke 射频滤波和隔离 RFfilteringandisolation 射频电感的应用 射频电感的应用 阻抗匹配 射频电感的应用 谐振电路 应用频率下的电感量一致性 应用频率下的Q值 自谐频率的一致性 数量多代表相关性强 代表无关 射频电感特性与应用的相关性 绕线 高Q 高精度 SDWL1005 4532CSDWL1005CPSDWL1608CPSDWL1005CH 叠层 高可靠性 低成本 SDCL0402HSDCL0603QSDCL1005 1608SDHL1005 1608HQ1005 片式高频电感 顺络电子的射频电感 叠层射频电感类别 10nH 100nH 1005 0402 SDCL1005 0402 HQ1005 0402 1 0 0 5mm 0 6nH 360nH SDCL0603Q 0201 0 6 0 3mm 0 6nH 120nH SDCL0402H 01005 0 4 0 2mm 1 0nH 20nH 0603 0201 0402 01005 0603 0402小感量产品最高精度可达 0 1nH 大感量最高精度可达 3 1005小感量产品最高精度可达 0 3nH 大感量最高精度可达 5 SDCL系列电感值范围 叠层射频电感 叠层射频电感的对应 叠层射频电感的应用注意事项 叠层射频电感的应用注意事项 叠层射频电感的应用注意事项 叠层电感产品详细介绍 功率电感 功率电感 绕线型 叠层型 顺络型号SWPA SPH 顺络型号MPH 顺络型号WPN 铁氧体磁芯 铁合金磁芯 铁氧体磁体 铁合金磁体 顺络型号MPM 顺络电子的功率电感产品 滤波 Filtering 如高功率音频功放电路电源扼流 Powerlinechoke 如Buck电路储能 Inductivestorage 如Boost电路 功率电感的应用 Buck电路精简模型 1 K闭合后 D关断 电流流经L L是储能滤波电感 它的作用是在K接通Ton期间限制大电流通过 防止输入电压Ui直接加到负载R上 对R进行电压冲击 同时把电感电流IL转化成磁能进行能量存储 与R并联的C是储能滤波电容 如此R两端的电压在Ton期间是稳定的直流电压2 在K关断期间Toff L将产生反电动势 流过电流IL由反电动势eL的正极流出 通过负载R 再经过续流二极管D 最后回到反电动势eL的负极 由于C的储能稳压 Toff阶段的输出电压Uo也是稳定的直流电压K闭合时 L两端有压降 意味着Uo Ui BUCK电路一定是降压电路 对Buck电路 电感上的纹波电流 I Vin Vout D L Fsw Vout 1 D L Fsw 式中 Vin 输入电压 Vout 输出电压Fsw 开关频率 I 电感上通过的电流峰峰值 即纹波电流D 占空比 D Ton T Vout Vin Iout Iin注 公式假设如下 所有器件均为理想器件 即各器件功耗为0 若考虑实际器件的压降 功耗等 公式将略有差异 对本文所述电感估算方法 可忽略之 可见 纹波电流与电感值成反比 一般的 取纹波电流不超过最大稳态输出电流的30 因而可计算在最大稳态输出电流时 所需最小电感值Lmin1 Lmin1 Vin Vout D Irate 0 3 Fsw 对于开关电源上所用的电感 其精度一般为 20 因此 考虑电感的精度 在最大稳态输出电流时电感的最小中心值Lmin2为 Lmin2 Lmin1 1 20 由于电感在较高偏置电流情况下其感值会下降 即电感具有饱和特性 而电感厂家所标电感值一般均在低偏置电流情况下测试 因此 须根据上式计算结果 并通过电感厂家提供的饱和电流曲线来找出低偏置电流时所需的最小电感值Lmin3 Buck电路电感选型 例如 为某降压型DC DC转换器选择合适电感量 输入电压Vin 3 7V 输出电压Vout 1 1V 开关频率Fsw 2 25MHz 输出的最大稳态电流Irate 1 0A 纹波电流 I取为30 Irate 则在最大稳态输出电流下所需的电感值 Lmin1 1 1 1 1 1 3 7 2 25 1 0 0 3 H 1 15 H取精度为 20 则最大稳态输出电流下所需电感值中心值为 Lmin2 1 13 H 1 20 1 43 H在电感厂家提供的电感系列饱和电流曲线中查找对应 以SWPA252010系列为例 可见 须选择在1 3A偏置电流下的电感值大于Lmin2的SWPA252010S2R2MT Buck电路电感选型 Buck电路电感选型 一般的 满足上述电感值条件的电感器有多种型号 此时须考虑这些备选电感的其他参数了 温升电流特性 电感的温升电流Irms应大于最大稳态输出电流 很多时候 为确保产品可靠性 温升电流应留一定余量 产品尺寸 一般来说尺寸越大性能越好 产品DCR DCR越低则电感直流损耗越低 转换效率越高 产品类型 带屏蔽的电感比不带屏蔽的电感好 改善EMI Boost电路精简模型 当K接通时 Ui开始对L充电 流过L的电流iL开始增加 同时电流在L中也要产生反电动势eL C向R放电 形成稳定电压Uo当K由接通转为关断的时候 为了保持励磁不变 L也会产生反电动势eL eL反电动势的方向与开关K关断前的方向相反 但与电流的方向相同 在控制开关K两端的输出电压uo等于输入电压Ui与反电动势eL之和 在开关关断Toff期间 K关断 L把电流iLm转化成反电动势 与输入电压Ui串联迭加 通过整流二极管D继续向负载R提供能量 R两端形成稳定电压输出Uo Ui eLBOOST输出电压高于输入 是一个升压电路 对Boost电路 电感上的纹波电流 I Vin D L Fsw Vout Vin 1 D L Fsw 式式中 Vin 输入电压 Vout 输出电压Fsw 开关频率 D 占空比 D Ton T 1 Vin Vout为保证Boost电路在调节输出电流时的稳定性 在低负载时电感电流为断续电流模式 DCM 高负载时电感电流为连续电流模式 CCM 一般的 当输出电流为最大稳态输出电流的60 80 时 使电感电流处于临界电流模式 临界电流模式时Iinductor I 2 由 式知电感值越大 则电感纹波电流越小 在越低的的输出电流时即进入连续电流模式 又以转换效率 计算Iinductor为 Iinductor Vout Irate Vin 由此计算得在Iinductor偏置电流情况下的电感值L1应为 L1 Vout Vin 1 D I Fsw Vout Vin 1 D 2 Iinductor Fsw Vout Vin 1 D 2 Vout Irate Fsw Vin 式由于Boost电路对电感值的要求比Buck更不严格 因此在公称电感值选取步骤中 我们无须再对精度进行相关计算 只须考虑电感的饱和特性即可 与前述方法相同 根据 式计算结果 通过电感厂家提供的饱和电流曲线来找出低偏置电流时所需的电感值L2 Boost电路电感选型 例如 为某升压型DC DC转换器选择合适电感量 输入电压Vin 3 7V 输出电压Vout 30V 开关频率Fsw 0 6MHz 输出的最大稳态电流Irate 0 02A 按如下假设一计算 A 当输出电流为最大稳态输出电流的80 时 使电感电流处于临界电流模式 B 转换效率 70 计算知最大稳态输出电流的80 的电流Iinductor为 I 30 0 02 0 8 3 7 0 7 0 185A则在Iinductor电流下所需的电感值 L1 30 3 7 3 7 30 2 0 6 0 185 H 14 59 H 在电感厂家提供的电感系列饱和电流曲线中查找对应 以SWPA3012系列为例 可见按照我们的设定条件 可选择SWPA3012S150MT 按如下假设二计算 A 当输出电流为最大稳态输出电流的60 时 使电感电流处于临