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磁环的选型及使用方法 

吸收磁环,又称铁氧体磁环,简称磁环。它是电子电路中常用的抗干扰元件,对于高频噪声有很好的抑制作用,一般使用铁氧体材料(Mn-Zn)制成。这种材料的特点是高频损耗非常大,具有很高的导磁率,最重要的参数为磁导率μ和饱和磁通密度Bs。  磁环较好地解决了电源线,信号线和连接器的高频干扰抑制问题,而且具有使用简单,方便,有效,占用空间不大等一系列优点,用铁氧体抗干扰磁心来抑制电磁干扰(EMI)是经济简便而有效的方法,已广泛应用于计算机等各种军用或民用电子设备。 磁环的选择 我们平时在电子设备的电源线或信号线一端或者两端看到的磁环就是共模扼流圈。共模扼流圈能够对共模干扰电流形成较大的阻抗,而对差模信号没有影响(工作信号为差模信号),因此使用简单而不用考虑信号失真问题。并且共模扼流圈不需要接地,可以直接加到电缆上。 将整束电缆穿过一个铁氧体磁环就构成了一个共模扼流圈,根据需要,也可以将电缆在磁环上面绕几匝。匝数越多,对频率较低的干扰抑制效果越好,而对频率较高的噪声抑制作用较弱。在实际工程中,要根据干扰电流的频率特点来调整磁环的匝数。通常当干扰信号的频带较宽时,可在电缆上套两个磁环,每个磁环绕不同的匝数,这样可以同时抑制高频干扰和低频干扰。从共模扼流圈作用的机理上看,其阻抗越大,对干扰抑制效果越明显。而共模扼流圈的阻抗来自共模电感lcm=jwlcm,从公式中不难看出,对于一定频率的噪声,磁环的电感越大越好。但实际情况并非如此,因为实际的磁环上还有寄生电容,它的存在方式是与电感并联。当遇到高频干扰信号时,电容的容抗较小,将磁环的电感短路,从而使共模扼流圈失去作用。 根据干扰信号的频率特点可以选用镍锌铁氧体或锰锌铁氧体,前者的高频特性优于后者。锰锌铁氧体的磁导率在几千---上万,而镍锌铁氧体为几百---上千。铁氧体的磁导率越高,其低频时的阻抗越大,高频时的阻抗越小。所以,在抑制高频干扰时,宜选用镍锌铁氧体;反之则用锰锌铁氧体。或在同一束电缆上同时套上锰锌和镍锌铁氧体,这样可以抑制的干扰频段较宽。 磁环的内外径差值越大,纵向高度越大,其阻抗也就越大,但磁环内径一定要紧包电缆,避免漏磁。 磁环的安装位置应该尽量靠近干扰源,即应紧靠电缆的进出口。 磁环的选型及使用方法  (1)关于匝数  匝数越多,抑制低频干扰效果越好,抑制高频噪声作用较弱。实际使用当中磁环匝数要根据干扰电流的频率特点来调整。  当干扰信号频带较宽时,可以在电缆上套两个磁环,每个磁环绕不同的匝数,这样可以同时一种高频干扰和低频干扰。并不是阻抗越大,对干扰信号的抑制效果越好,因为实际磁环上存在寄生电容,这个寄生电容与电感并联,但遇到高频干扰信号时,这个寄生电容将磁环的电感短路,失去作用。  (2)计算  物理部分(磁环酷似空心圆柱):        截面积:A = (OD-ID)*HT/2       (cm2)  平均(有效)磁路长度:l = (OD-ID)*π*2 / 2   (cm) 内部体积:V = A *l                (cm3)  电磁部分:  电感:L = (μ*4π*N2*A*10-2) / l      (μH) 最大磁通量:B = E * 108 /(N*A) 磁力:H = 4*π*N*I/l 磁导率:µ = B/H  变量解释:  OD:磁环外径  cm ID:磁环内劲   cm HT:磁环高度  cm I:电流 E:电压  磁导率也有如下公式: µ=µo*µr(磁环磁导率)  其中µo是真空中的磁导率4∏*10-7 H/m, µr= 47 H/m(磁环相对真空的磁导率)  一般给的参数为电感系数AL,可以根据公式AL = L / N2来求出电感  磁环使用方法: 不同频率下磁环有不同的阻抗特性,一般低频是阻抗很小,高频时阻抗急剧升高。信号频率越高,磁场越容易辐射出去,一般信号线是没有屏蔽的,比如现在我所用的CAN总线,这些信号线就成了完美的天线,这个天线不停的接收周围的高频信号,这些信号的叠加改变了实际要传输的信号。磁环可以很好的通过有用的信号,同时抑制高频的干扰信号。在高频段(大于10MHz),感抗仍然保持很小,而阻抗很大,使得高频信号的能量穿过磁性材料时,转换成热量散发出去,从阻碍了高频信号的通过,抑制了高频信号的干扰。通常最佳抑制频率范围跟铁氧体抑制元件有关,通常磁导率越高,抑制频率越低,铁氧体体积越大,抑制效果也越好,体积一定时,长而细的比短而粗的抑制效果好内劲越小抑制效果也越好。 抑制共模信号干扰时,可以将信号(连根差分信号线)或电源线(正负线)同时穿过磁环,为了增加效果,可以在磁环上对称的绕几圈,增加电感量,增强对共模信号的吸收效果,但是对差摸信号没有影响。元件应当安装在靠近干扰源的地方,对于输入输出电路,应尽量靠近屏蔽盒的进出口出。

DC-DC电源用电感如何选型?

        

DC-DC电源电感选型主要参考几个参数:电感量 L,自谐频率 f0,直流电阻 DCR,饱和电流Isat,有效电流 Irms。

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一、DC-DC电源电感选型特别注意要点:

 

 1、在保证DC-DC电源电感的储能条件下,无须刻意追求大感量,尽管越大感量电感储能越强,纹波越小。但同时封装尺寸会增大,电感价格也可能更高。D直流电阻CR会增加,不仅容易发热,而且也降低DC-DC电源效率

        2、DC-DC电源电感选型时注意最高工作频率必须电感自谐频率,否则电感失效。

        3、工作电流尽可能在有效电流 Irms以内,DC-DC电源电感不可长时间的在接近饱和电流Isat 的环境中工作。


二:DC-DC电源电感选型步骤

 

1、依据DC-DC电源芯片手册上的计算方法,计算所需的电感量

        以Buck 型 DC-DC电源芯片为例,电感计算公式如下:

        Lmin=【Vout*(1-Vout/Vinmax)】/Fsw*Irpp

        其中:Vinmax = 最大输入电压   Vout =电源输出电压

        Fsw = 开关频率   Irpp = 电感纹波电流

        通常将 Irpp 控制在 50%的输出额定电流 Irate。则上述公式变化如下:

        Lmin=2*【Vout*(1-Vout/Vinmax)】/Fsw*Irate

        对于 Boost 型 DC—DC 的 Lmin 电感计算公式如下:

        最小电感量Lmin=2*【Vinmax*(1-Vinmax/Vout)】/Fsw*Irate

       2 、综合DC-DC电源电感的 电感值, 工作电流,安装空间选择合适的电感器。

        1)电感价格:从价格考虑,一般来说,小型工字电感,色环电感的价格低于贴片电感 ,普通绕线电感价格低于一体成型电感,小体积的比大体积和微型电感价格便宜。

        2)封装尺寸:在保证电感量和电流的前提下,DC-DC电源电感封装尺寸尺可能小,一是安装空间有限,小体积的DC-DC电源电感也有利于产品的小型化。二是小尺寸电感价格一般更便宜。

        3)安装方式:贴片电感安装方便,体积小,尤其是屏蔽贴片功率电感用于DC-DC电源,不仅可以保障DC-DC电源效率,更具有良好的EMC特性。小型的插件电感储能好,但是工作电流通常不大。环形电感比较灵活,但是生产周期较长,安装效率也不高。

        4)稳定性:通常贴片电感稳定性>色环电感>工字电感>环形电感,这也是DC-DC电源倾向用贴片电感的原因。


三、DC-DC电源电感发展趋势

 

从DC-DC电源的发展趋势来说, 目前电子产品走向小型化,所以小体积大电感量的贴片电感,尤其是具有大电流低DCR属性的一体成型电感在未来有大的发展潜力。

        DC-DC电源电感选用微型一体成型电感的产品会越来越多,目前,主流的个人电脑上的DC-DC电源电感及主板显卡电感均开始大规模集成一体成型电感。而在LCD面板,中高端智能手机主流品牌,DC-DC电源电感选型基本上以一体成型电感为主。

        据行业数据报告指出,Iphone、华为、小米等旗舰机型以及增益电感长期合作伙伴中兴手机也开始跟进将微型一体成型电感应用到DC-DC电源及其他模块中,也纷纷采用一体成型电感来解决大电流及高密度贴装的问题三星手机电感中60%为一体成型电感,而iPhone全机100%使用一体成型电感,当然DC-DC电源也不例外。

 

Isat 和 Irms电流

      Isat.:它是以电感值的下降程度为指标的额定电流,超出该范围使用时,可能会由于纹波电流增加而导致IC控制不稳。大部分电感厂商一般取电感值下降到20%的电流为Isat,也有少量厂商设为下降30%或者10%,所以选型时要特别注意这一点.此外,根据电感磁路构造的不同,磁饱和的倾向(即电感值的下降倾向)也有所不同。
     Irms:指电感产品的应用额定电流,也称为温升电流,即产品应用时,表面达到一定温度时所对应的DC电流。业界大部分厂家一般认为是电感产品温升温度不超过40度时的电流。

电感DCR值,Q值

     电感常用的指标是电感值、允许偏差、品质因数、内阻、分布电容及电流等,在很多资料上都可以看到以下信息。

序号型号电感量( H )重叠电流( A )DCR. ( m Ω)外形尺寸( mm )

其中可以看到“DCR. ( m Ω)”,DCR通常就是指电感器的内阻,m Ω是内阻的单位,同一个系列的电感器的电感量越大,内阻越大。DCR值可以用万用表测试出来。内阻也以从几 m Ω到几十 mΩ,几百 Ω的电阴内阻,是少之又少。

DCR是DC RESISTANCE的缩写即直流电阻:电感线圈在非交流电下量得之电阻,是电感设计中,直流电阻愈小愈好,其量测单位为欧姆,通常以其最大值为标注。
      电感Q值:也叫电感的品质因数,是衡量电感器件的主要参数。是指电感器在某一频率的交流电压下工作时,所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。电感器的Q值越高,其损耗越小,效率越高。

电感定义

      电感(电感线圈)是用绝缘导线(例如漆包线、纱包线等)绕制而成的电磁感应元件,也是电子电路中常用的元器件之一。电感是用漆包线、纱包线或塑皮线等在绝缘骨架或磁心、铁心上绕制成的一组串联的同轴线匝,它在电路中用字母“L”表示,主要作用是对交流信号进行隔离、滤波或与电容器、电阻器等组成谐振电路。