磁珠和電感在解決EMI和EMC問題上的區(qū)別與特點

問：磁珠和電感在解決EMI和EMC方面的作用有什么區(qū)別，各有什么特點，是不是使用磁珠的效果會更好一點呢？

答：從原理上來說，磁珠可等效成一個電感，所以磁珠在EMI和EMC電路中就相當于一個抑制電感的作用，主要作用是對高頻傳導干擾信號進行抑制。磁珠可等效成一個電感，但這個等效電感與電感線圈是有區(qū)別的，磁珠與電感線圈的最大區(qū)別就是，電感線圈有分布電容。因此，電感線圈就相當于一個電感與一個分布電容并聯(lián)。如圖1所示。圖1中，LX為電感線圈的等效電感（理想電感），RX為線圈的等效電阻，CX為電感的分布電容。

理論上對傳導干擾信號進行抑制，要求抑制電感的電感量越大越好，但對于電感線圈來說，電感量越大，則電感線圈的分布電容也越大，兩者的作用將會互相抵消。

圖2是普通電感線圈的阻抗與頻率的關(guān)系圖，由圖中可以看出，電感線圈的阻抗開始的時候是隨著頻率升高而增大的，但當它的阻抗增大到最大值以后，阻抗反而隨著頻率升高而迅速下降，這是因為并聯(lián)分布電容的作用。當阻抗增到最大值的地方，就是電感線圈的分布電容與等效電感產(chǎn)生并聯(lián)諧振的地方。圖中，L1 > L2 > L3，由此可知電感線圈的電感量越大，其諧振頻率就越低。從圖2中可以看出，如果要對頻率為1MHz的干擾信號進行抑制，選用L1倒不如選用L3，因為L3的電感量要比L1小十幾倍，因此L3的成本也要比L1低很多。

圖2 普通電感線圈的阻抗與頻率的關(guān)系圖

如果我們還要對抑制頻率進一步提高，那么我們最后選用的電感線圈就只好是它的最小極限值，只有1圈或不到1圈了。磁珠，即穿心電感，就是一個匝數(shù)小于1圈的電感線圈。但穿心電感比單圈電感線圈的分布電容小好幾倍到幾十倍，因此，穿心電感比單圈電感線圈的工作頻率更高。

穿心電感的電感量一般都比較小，大約在幾微亨到幾十微亨之間，電感量大小與穿心電感中導線的大小以及長度，還有磁珠的截面積都有關(guān)系，但與磁珠電感量關(guān)系最大的還要算磁珠的相對導磁率μr 。圖3、圖4是分別是指導線和穿心電感的原理圖，計算穿心電感時，首先要計算一根圓截面直導線的電感，然后計算結(jié)果乘上磁珠相對導磁率μr 就可以求出穿心電感的電感量。
另外，當穿心電感的工作頻率很高時，在磁珠體內(nèi)還會產(chǎn)生渦流，這相當于穿心電感的導磁率要降低，此時，我們一般都使用有效導磁率μe 。有效導磁率μe就是在某個工作頻率之下，磁珠的相對導磁率。但由于磁珠的工作頻率都只是一個范圍，因此在實際應用中多用平均導磁率 μp。

在低頻時，一般磁珠的相對導磁率μr都很大（大于100），但在高頻時其有效導磁率μe只有相對導磁率μr 的幾分之一，甚至幾十分之一。因此，磁珠也有截止頻率的問題，所謂截止頻率，就是使磁珠的有效導磁率μe下降到接近1時的工作頻率fc，此時磁珠已經(jīng)失去一個電感的作用。一般磁珠的截止頻率fc都在30～300MHz之間，截止頻率的高低與磁珠的材料有關(guān)，一般導磁率越高的磁芯材料，其截止頻率fc反而越低，因為低頻磁芯材料渦流損耗比較大。使用者在進行電路設(shè)計的時候，可要求磁芯材料的提供商提供磁芯工作頻率與有效導磁率μe 的測試數(shù)據(jù)，或穿心電感在不同工作頻率之下的曲線圖。圖5是穿心電感的頻率曲線圖。

磁珠另一個用途就是用來做電磁屏蔽，它的電磁屏蔽效果比屏蔽線的屏蔽效果還要好，這是一般人不太注意的。其使用方法就是讓一雙導線從磁珠中間穿過，那么當有電流從雙導線中流過時，其產(chǎn)生的磁場將大部份集中在磁珠體內(nèi)，磁場不會再向外輻射；由于磁場在磁珠體內(nèi)會產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生電力線的方向與導體表面電力線的方向正好相反，互相可以抵消，因此，磁珠對于電場同樣有屏蔽作用，即：磁珠對導體中的電磁場有很強的屏蔽作用。

使用磁珠進行電磁屏蔽的優(yōu)點是磁珠不用接地，可以免去屏蔽線要求接地的麻煩。用磁珠作為電磁屏蔽，對于雙導線來說，還相當于在線路中接了一個共模抑制電感，對共模干擾信號有很強的抑制作用。

由此可知，電感線圈主要是用于對低頻干擾信號進行EMI抑制，而磁珠主要是對高頻干擾信號進行EMI抑制，因此，對一個頻帶很寬的干擾信號進行EMI抑制，必須同時采用多個不同性質(zhì)的電感才會有效。在進行EMI或EMC設(shè)計時，最好根據(jù)頻帶要求先按圖2的方法把多個電感線圈的頻率特性同時在一個圖中標出，然后再根據(jù)實際測試結(jié)果，調(diào)整各電感線圈之間電感量的間隔即可。
另外，對共模傳導干擾信號進行EMI抑制，還要注意抑制電感與Y電容的連接位置。Y電容和抑制電感盡量靠近電源的輸入端，即電源插座的位置，并且高頻電感要盡量靠近Y電容，而Y電容還要盡量靠近與大地連接的地線（三心電源線的地線），這對EMI抑制才有效。

附件：
1、圓截面直導線電感與穿芯電感的計算：