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《日科干货》EMC中电容电感器件该怎么选择

日期: 2018-10-19
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首先要知道陶瓷电容发展的最新状况以及与其他电容的关系。陶瓷电容由于近几年来陶瓷的厚度越来越薄,一层陶瓷介质的厚度大概是0.5个uM,陶瓷电容最大的容量是100,叠的层数越来越多。从发展趋势来看,陶瓷电容将会朝着 ESR、ESL发展;基板弯了,但是电容还是不能裂开,比如军工里面很恶劣的条件,陶瓷电容会以这个趋势方向发展。陶瓷电容这个东西很简单,设计的时候、选择的时候要考虑它的哪些特性,知道容量,容量只是它的一个部分,还有ESR值、容量值和频率的关系、ESL值、温升曲线,温度升高的话,容值变化怎么样,直流电压特性,给一定的直流电压,容值是不断下降的。

设计的时候也必须考虑到这一些参数、这一些特性。做一个简单的对比,陶瓷电容由于是内部采用并联结构,ESR值也比较低,钽电容是这样,铝电解是这样。这样的话,就可以用一个测试,电源从这边过来,这边用一个滤波的电容。当然这说明什么问题?这是陶瓷的ESR值比较低,滤波效果比较好。当然大家说,是不是说有的铝电解都可以换成陶瓷呢,不能这么说,电源的部分需要很大的容量,也没有办法换,如果用在滤波来换,就可以用小容量的陶瓷换大容量的铝电解。

一般的情况下,铝电解建议换陶瓷是十分之一,钽电容建议是五分之一的容量来换。还有一个世纪案例,大家都知道英特尔公司 CPU的速度是越来越快,而且制作的工艺也是越来越精细化,英特尔正在开发33纳米的技术,大家看到英特尔公司从96年晶圆是越来越小,其实是想说明,由于IC做得越来越小,精细化越来越高,电压也就是越来越低,原来驱动电压一般是5V,现在看到一般是1V和1.2V,IC稳定的电压,要求在10%以内,如果是5V的情况下,过去电压可以允许大概是500毫V,现在是用了1V,允许稳波电压就是0.9V,最低的电压。要不然电压变化太大的话,IC工作就变得不稳定,稳压的陶瓷电容器,很容易选个0.1谬的。为什么呢?高速运转过程中,瞬间会有一个压降,这个地方压降最主要是业余陶瓷电容的容值和ESR值这个因素来决定的。第一个部分介绍了电容的应用,下一个部分主要是电感方面。

电感方面,太阳诱电制作工艺相对于来讲,比其他厂商要丰富一点,除了由下往上绕的电感,还有叠层电感、手机电源、射频的、高频的电感。这是详细的,不同的尺寸、不同的厚度,有的是0.8的厚度,因为大家知道消费类电子产品要求小型化、超薄、低成本,都是满足这个趋势,所以需要不断开发这些产品。

特别是选择一些功率电感,比如脉冲电流比较大,滤波起来可能有些困难,大家选择功率电感的时候可能有些困惑,功率电感选择的时候我们考虑的参数和指标是什么,首先要考虑感量是多大,第二是考虑到内阻,第三要考虑到饱和电流,第四是温升电流。因为电感在DCDC 方面起的作用两个:一个是作为滤波来用,第二是作为储能来用,一般来讲,饱和电流一般指的是什么呢?

VC加DC的电流我们称之为饱和电流,平均的电流我们就把它定义为温升电流,我们业界一般的情况是采用感量下降30%的时候,这个时候电流值为多少,这个就叫饱和电流,温升电流是电流不断增大,电感表面温度上升40度,这个来定义温升电流值,因为电感慢慢温度高之后可能会会被坏,所以限定一个值,在这个电流以下,电感不会被烧坏。实际使用的电流值不会超过电感的饱和电流,这样稳波电流会不断的增大。如果超过了温升电流,这个电感就会被烧坏。有不同的电感放在一起的话,实测一下,比如不同的电感、不同尺寸的效率,也可以看到在低负载电流的时候,这是不同的尺寸,看到电流没有多大变化,由于电流值感量下降的幅度比较大,之间的差异有出来了,感量比较大,温波电流就比较大,这就是噪声。所以在感量变化幅度比较小,这个地方的噪声就比较小,总之在选择的时候,一定要考虑到感量下降到什么样的程度。在选择功率电感,实际电阻里面的最大值就选择峰值电流,如果平均值电流比较小的情况下,就选择温升电流值。

还有一点,在不同负载的情况下,在选择这个电感要注意什么呢?比如说当负载比较低的情况下,一般的情况是交流的成分会比较多。交流的成分比较多,就选择交流电阻比较小了电感,它的效率就会高,那么负载比较大的情况下,DC直流部分占得比较大的话,那么就要选择直流电阻比较低的,这样效率高一点。

下面交流一下磁珠的选择方法。EMI噪声无处不在,简单讲把它形容成几点:传导噪声、辐射噪声、射频、干扰噪声,对于不同的噪声,最主要有爹层磁珠、绕线磁珠,1G以上2G甚至更高的时候,都有很强的耐磨能力,接下来是穿芯的磁珠。如果在低频普通信号线上滤波的话,可以推荐使用叠层的磁珠,在高频的,用绕线的磁珠,会看到它的截止频率会比较高。

再次就是电感和磁珠有什么区别,电感在比较低频的部分效果比较好,磁珠主要是在高频,我故意选了一个感量比较接近的,一般电感在几十欧姆的话,是这样一个曲线,所以电感主要是传导噪音,磁珠主要是辐射噪音。

选择磁珠的时候,通常认为要把这条线使得比较稳定,然后从发生噪声的地方着手放一些元件,再从辐射噪声源的地方放一些EMI器件,选择电感的话,为了避免共振,所以需要从比较平滑的曲线慢慢朝比较陡曲线的磁珠来选择。磁珠,主要是三个:阻抗值、交流和电阻、感抗这三个部分组成。实际案例的话如果 10M信号过来的话,发生信号是在200多亩的地方信号比较大,磁珠就选200多M阻值的地方,靠近噪声频率的磁珠,如果没有使用磁珠的情况下,谁这样一个电压波形,当发现用了以后,这个蓝色的部分,下降了很多,而且电压波形也比较稳定,所以首先搞清楚噪声频率是在什么地方,那么选择阻值稍微大一点的,但是不能选择太陡,太陡会产生共振。

另外其曲线也会不一样,R值和X值,就是交流电阻和感抗,当交流电阻大于感抗的时候,这与信号有关系,它的效果要更好一点点。蓝色就是交流电阻更大一点。电感占低频的滤波效果好一点,绿色的是磁珠,高频磁珠会好一点。

最后是共模电感,刚才也讲到了USB、HDMI这些地方用到共模电感, 有一点需要注意的是,现在有其他信号干扰,比如说GSM的900M、TD2.1G,对USB干扰比较大,它的共模阻抗要注意,这时要用在这些频率的话,这些阻值比较大一点的,它的共模效果比较好一点,采用绕线工艺做的,所以高频阻抗会更好一点。实际上和薄膜来对比的话,1G 以上频率滤波效果明显要好一点。


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