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2019.11.20 開關雜訊-EMC

小結

使用電感降低雜訊

這之前作為“使用電感的降噪對策”,介紹了“電感和鐵氧體磁珠”、“共模濾波器”,作為注意事項,介紹了“串擾和GND線反彈雜訊”。本文將按照與“使用電容的降噪對策”相同的方式進行總結。

使用電感的降噪對策總結

1. 使用電感的降噪對策

  • ・僅用電容無法充分消除雜訊時,可考慮使用電感。
  • ・降噪對策中使用的電感大致有兩種。
     ①線圈型電感:組成濾波器。
     ②鐵氧體磁珠:將雜訊轉換為熱。

2. 電感和鐵氧體磁珠的電阻特性

  • ・雖然鐵氧體磁珠被歸類為電感,但其頻率-電阻特性與普通電感不同。
  • ・鐵氧體磁珠與普通電感相比,具有電阻分量R較大、Q值較低的特性,因此可利用該特性消除雜訊。
  • ・普通的電感可容許較大的直流疊加電流,只要在其範圍內,電阻不怎麼受直流電流的影響。
  • ・請注意,鐵氧體磁珠對於直流電流容易飽和,飽和會導致電感值下降,諧振點向高頻段轉移,濾波特性產生變化。

3. 使用線圈型電感的降噪對策:組成濾波器

  • ・普通電感構成的濾波器,可選電感值的範圍較寬。
  • ・使用電感的Π型濾波器,在低頻段,因電感和電容而發揮低通濾波器的作用。
  • ・到了高頻段,由於電感會表現為電容、電容會表現為電感,從而π型濾波器起到高通濾波器的作用,因此無法獲得雜訊消除效果。

4. 使用鐵氧體磁珠的降噪對策:將雜訊轉換為熱

  • ・鐵氧體磁珠的Q值較低,因此在較寬頻率範圍內具有有效的降噪效果。
  • ・鐵氧體磁珠在低頻段基本上發揮低通濾波器的作用,在這個頻段,對於直流電流容易飽和,因此使用這種電感值下降的鐵氧體磁珠很難消除目標頻段的雜訊。
  • ・當電抗下降且越過與電阻分量的交叉點時,鐵氧體磁珠發揮電阻的作用,可將雜訊轉換為熱。
  • ・使用了鐵氧體磁珠的濾波器,不僅可將雜訊旁路消除,還可將雜訊轉換為熱,因此有望實現優異的雜訊消除性能。
  • ・發揮電阻功能且將雜訊轉換為熱,是與使用繞組型電感的濾波器之間的巨大差異。
  • ・在更高頻段,則與繞組型電感相同,發揮高通濾波器的作用。

5. 共模濾波器

  • ・從嚴格意義上講,共模濾波器並不是電感器,但在降噪對策中它是重要的磁性器件。
  • ・共模濾波器的結構是兩個繞組繞在一個磁芯上,相當於兩個電感組合。
  • ・共模濾波器是利用自感作用來阻止共模電流通過(斬波),從而消除共模雜訊。
  • ・共模電流不流通、差模電流流通。

6. 使用共模濾波器的降噪對策

  • ・作為開關電源的輸入濾波器使用時,要使用差模電阻較大的分裂繞組結構的共模濾波器。
  • ・這種濾波器一般作為電源線用共模濾波器銷售。
  • ・雖然其差模雜訊消除效果也值得期待,但是由於幾百k~幾MHz左右的差模電阻非常低,因此一般與π型濾波器等差模雜訊用的濾波器並用。

7. 串擾相關的注意事項

  • ・有些PCB板佈線佈局,會因串擾而導致濾波效果下降。
  • ・串擾是因電路板佈線間的雜散電容和互感,雜訊與相鄰的其他電路板佈線耦合。
  • ・濾波器後的佈線與含有濾波器前的雜訊的佈線相鄰時,雜訊因串擾而耦合,濾波效果下降。
  • ・作為對策,採用不與含有雜訊的線路相鄰的佈局,可將雜訊耦合控制在最低限度內。

8. GND線反彈雜訊相關的注意事項

  • ・在使用了Π型濾波器的電感前後所配置的電容,其GND的設置方法可能會帶來地線反彈雜訊。
  • ・作為對策,為了避免雜訊直接傳播,可利用Via的寄生電感的手法,經由過孔(Via)與GND平面連接,改善效果較好。

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