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2019.07.24 开关噪声-EMC

小结

使用电感降低噪声

这之前作为“使用电感的降噪对策”,介绍了“电感和铁氧体磁珠”、“共模滤波器”,作为注意事项,介绍了“串扰和GND线反弹噪声”。本文将按照与“使用电容器的降噪对策”相同的方式进行总结。

使用电感的降噪对策总结

1. 使用电感的降噪对策

  • ・仅用电容无法充分消除噪声时,可考虑使用电感。
  • ・降噪对策中使用的电感大致有两种。
     ①绕组型电感:组成滤波器
     ②铁氧体磁珠:将噪声转换为热。

2. 电感和铁氧体磁珠的阻抗特性

  • ・虽然铁氧体磁珠被归类为电感,但其频率-阻抗特性与普通电感不同。
  • ・铁氧体磁珠与普通电感相比,具有电阻分量R较大、Q值较低的特性,因此可利用该特性消除噪声。
  • ・普通的电感可容许较大的直流叠加电流,只要在其范围内,阻抗不怎么受直流电流的影响。
  • ・请注意,铁氧体磁珠对于直流电流容易饱和,饱和会导致电感值下降,谐振点向高频段转移,滤波特性产生变化。

3. 使用绕组型电感的降噪对策:组成滤波器

  • ・普通电感构成的滤波器,可选电感值的范围较宽。
  • ・使用电感的Π型滤波器,在低频段,因电感和电容而发挥低通滤波器的作用。
  • ・到了高频段,由于电感会表现为电容、电容会表现为电感,从而π型滤波器起到高通滤波器的作用,因此无法获得噪声消除效果。

4. 使用铁氧体磁珠的降噪对策:将噪声转换为热

  • ・铁氧体磁珠的Q值较低,因此在较宽频率范围内具有有效的降噪效果。
  • ・铁氧体磁珠在低频段基本上发挥低通滤波器的作用,在这个频段,对于直流电流容易饱和,因此使用这种电感值下降的铁氧体磁珠很难消除目标频段的噪声。
  • ・当电抗下降且越过与电阻分量的交叉点时,铁氧体磁珠发挥电阻的作用,可将噪声转换为热。
  • ・使用了铁氧体磁珠的滤波器,不仅可将噪声旁路消除,还可将噪声转换为热,因此有望实现优异的噪声消除性能。
  • ・发挥电阻功能且将噪声转换为热,是与使用绕组型电感的滤波器之间的巨大差异。
  • ・在更高频段,则与绕组型电感相同,发挥高通滤波器的作用。

5. 共模滤波器

  • ・从严格意义上讲,共模滤波器并不是电感器,但在降噪对策中它是重要的磁性器件。
  • ・共模滤波器的结构是两个绕组绕在一个磁芯上,相当于两个电感组合。
  • ・共模滤波器是利用自感作用来阻止共模电流通过(斩波),从而消除共模噪声。
  • ・共模电流不流通、差模电流流通。

6. 使用共模滤波器的降噪对策

  • ・作为开关电源的输入滤波器使用时,要使用差模阻抗较大的分裂绕组结构的共模滤波器。
  • ・这种滤波器一般作为电源线用共模滤波器销售。
  • ・虽然其差模噪声消除效果也值得期待,但是由于几百k~几MHz左右的差模阻抗非常低,因此一般与π型滤波器等差模噪声用的滤波器并用。

7. 串扰相关的注意事项

  • ・有些PCB板布线布局,会因串扰而导致滤波效果下降。
  • ・串扰是因电路板布线间的杂散电容和互感,噪声与相邻的其他电路板布线耦合。
  • ・滤波器后的布线与含有滤波器前的噪声的布线相邻时,噪声因串扰而耦合,滤波效果下降。
  • ・作为对策,采用不与含有噪声的线路相邻的布局,可将噪声耦合控制在最低限度内。

8. GND线反弹噪声相关的注意事项

  • ・在使用了Π型滤波器的电感前后所配置的电容,其GND的设置方法可能会带来地线反弹噪声。
  • ・作为对策,为了避免噪声直接传播,可利用Via的寄生电感的手法,经由过孔(Via)与GND平面连接,改善效果较好。

噪声对策