磁珠+叠层电感 顺络课件.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,Electromagnetic Compatibility（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。,Electromagnetic Interference（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。,Electromagnetic Susceptibility（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-STD 220A,B:Output voltage without a filterC:Output voltage with a filter,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,NEWMetal Alloy Multilayer,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1020MHz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:30750MHz,衰减频率范围:100500MHz,PZ/UPZ 系列,HZ/HPZ 系列,衰减频率范围:30-750MHz,衰减频率范围:303000MHz,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，LCD TV,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,PZ Beads Derated Current Curve,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。1 millihenry(mH)=10-3 H 1 microhenry(H)=10-6 H 1 nanohenry(nH)=10-9 H,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（RF impedance match）射频谐振（RF resonance）射频供电线路扼流（RF choke）射频滤波和隔离（RF filtering and isolation）,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,SDWL10054532CSDWL1005CPSDWL1608CPSDWL1005CH,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,10050402,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,06030201,040201005,0603/0402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（Power line choke），如Buck电路储能（Inductive storage），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UoUi,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/(LFsw)=Vout(1-D)/(LFsw)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/(Irate0.3Fsw)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）/（2.251.00.3）H=1.15H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=1.13H/（1-20%）=1.43H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=VinD/(LFsw)=(Vout-Vin)(1-D)/(LFsw)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=VoutIrate/(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)/(IFsw)=(Vout-Vin)(1-D)/(2IinductorFsw)=(Vout-Vin)(1-D)/2VoutIrateFsw/(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=300.020.8/3.7/0.7=0.185A则在Iinductor电流下所需的电感值：L1=（30-3.7）3.7/30/（20.60.185）H=14.59H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，使电感电流处于临界电流模式；B、转换效率=75%。计算知最大稳态输出电流的60%的电流Iinductor为：I=300.020.6/3.7/0.75=0.13A则在Iinductor电流下所需的电感值：L1=（30-3.7）3.7/30/（20.60.13）H=20.84H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SWPA3012S220MT综合假设一和假设二，可知可选择的电感范围为15uH22uH。,Boost电路电感选型,Boost电路电感选型,从前文叙述中，我们可知在Boost电路中的电感纹波电流都比较大，在如此大的纹波电流下，电感的交流损耗（磁损）将变得不可忽略，甚至超过直流传导损耗（铜损）成为电感的主要损耗，从而成为影响转换效率的重要原因。因而Boost电路的电感选择非常复杂，须综合考虑电流模式转换临界点、直流电阻、转换效率等多方面信息。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DCR：DCR越低则电感直流损耗（铜损）越低，有利于获得较高的转换效率；产品尺寸：一般来说尺寸越大性能越好；产品类型：带屏蔽的电感比不带屏蔽的电感好，改善EMI；,：应用条件下的Q值/RAC；,数量多代表相关性强，/代表无关,功率电感特性与应用的相关性,功率电感常见应用问题,蜂鸣声,转换效率低（尤以升压电路居多）,功率电感常见应用问题,电感致整机不能开机（常见于给WIFI供电的DC-DC线路）,功率电感常见应用问题,电感漏磁干扰,功率电感常见应用问题,THANK YOU!,P75,