一概述

本文將從常見(jiàn)的電感入手，簡(jiǎn)單介紹電感的高頻特性，再介紹EMC整改過(guò)程中常用的兩個(gè)器件：磁環(huán)與共模濾波器，最后通過(guò)兩個(gè)實(shí)際案例來(lái)說(shuō)明如何通過(guò)磁環(huán)與共模濾波器搭配使用解決EMC輻射問(wèn)題。

二電感

電感，如圖一所示，一般由線圈和磁芯組成，是能夠把電能轉(zhuǎn)化為磁能而存儲(chǔ)起來(lái)的元件，具有通直流阻交流的特點(diǎn)。

圖一電感組成

如圖二所示，當(dāng)恒定電流流過(guò)線圈時(shí)，根據(jù)右手螺旋定則，會(huì)形成一個(gè)圖示方向的靜磁場(chǎng)。而電感中流過(guò)交變電流，產(chǎn)生的磁場(chǎng)就是交變磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，線圈上就有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生感應(yīng)電流。

圖二電感工作原理

由公式：Z=2πfL，可知頻率ｆ越高，阻抗Ｚ越大，頻率與阻抗呈現(xiàn)線性相關(guān)。但是這只適用于低頻電路，在高頻條件下，實(shí)際還需要考慮電感上的寄生電容，它的存在方式是與電感并聯(lián)，實(shí)際電感等效模型如圖三所示：

圖三電感高頻等效電路

圖中R表示電感的等效電阻，L表示電感量，C表示電感繞線與繞線之間的寄生電容。圖四是引用網(wǎng)上Matlab做的電感阻抗特性曲線圖：

圖四 電感阻抗特性曲線

圖中轉(zhuǎn)折點(diǎn)為電感的諧振頻率，計(jì)算公式為：

電感具有通直流阻交流的作用，常用作儲(chǔ)能和濾波器件，對(duì)于EMC整改而言，更主要應(yīng)用其濾波性能。

現(xiàn)在我們已經(jīng)知道可以通過(guò)電感進(jìn)行濾波，但是對(duì)于EMC整改而言，我們需要先確定問(wèn)題點(diǎn)才能進(jìn)行有效的濾波。那么我們?cè)撊绾闻袛噍椛鋪?lái)源呢？在實(shí)驗(yàn)室，針對(duì)板上噪聲可以用頻譜儀和示波器進(jìn)行問(wèn)題排查，而針對(duì)通過(guò)線纜作為輻射天線的問(wèn)題點(diǎn)判斷，我們可以考慮在線束上加電感進(jìn)行濾波嘗試。但直接加電感操作比較麻煩，選型也不方便，這個(gè)時(shí)候做一個(gè)簡(jiǎn)易的電感更方便，所需要的僅僅只是一個(gè)磁環(huán)。

三磁環(huán)

磁環(huán)是一塊環(huán)狀的導(dǎo)磁體，在不同的頻率下由不同的阻抗特性，一般在高頻是阻抗很小，當(dāng)頻率升高磁環(huán)表現(xiàn)的阻抗急劇升高。通過(guò)電感部分的內(nèi)容我們可以知道，電感由線圈和磁芯組成，當(dāng)我們把線纜繞在磁環(huán)上，一個(gè)簡(jiǎn)易的電感便完成了。

圖五 磁環(huán)

磁環(huán)有鐵氧體磁環(huán)和非晶磁環(huán)，針對(duì)不同頻段濾波選用不同材料的磁環(huán)，鐵氧體磁一般用在高頻（18KHz~1MHz以上），非晶一般針對(duì)的頻率低一點(diǎn)（2KHz~13KHz）。

當(dāng)噪聲是差模噪聲時(shí)，單線繞磁環(huán)可以對(duì)噪聲產(chǎn)生一定的抑制效果，但是很多時(shí)候，如果噪聲屬于共模噪聲時(shí)，只對(duì)單根導(dǎo)線進(jìn)行濾波是不夠的。

共模噪聲模型如圖五所示：

圖六 共模電流示意圖

如圖，由于高頻信號(hào)與地之間通過(guò)寄生電容形成回路，從而在原本的信號(hào)回路中多了一個(gè)等大同向的共模電流，這部分噪聲只對(duì)單線加磁環(huán)無(wú)法有效抑制噪聲。可以考慮兩根線都各加一個(gè)磁環(huán)，相當(dāng)于各串一個(gè)電感，但我們有更好的方法：兩根線同時(shí)繞在同一個(gè)磁環(huán)上，這就是一個(gè)簡(jiǎn)易的共模濾波器。

四共模濾波器

共模濾波器由雙線并繞在磁芯組成，工作原理如圖七所示：

圖七 共模濾波器工作原理

對(duì)于共模電流而言，共模濾波器通過(guò)磁通量疊加，對(duì)共模電流的抑制更明顯，而對(duì)于差模電流，磁通抵消，不體現(xiàn)電感特性，故不會(huì)對(duì)差模信號(hào)造成損耗。

在實(shí)際的EMC問(wèn)題中，輻射很多時(shí)候都是由共模與差模噪聲疊加在一起的。其中，由于在電路中高頻串?dāng)_更明顯，所以共模噪聲很多時(shí)候是造成EMC輻射超標(biāo)的主要問(wèn)題。整改過(guò)程中，通常會(huì)在線束上以雙線并繞在磁環(huán)上的方式組成簡(jiǎn)易共模濾波器，進(jìn)而快速判斷噪聲的輻射路徑。

當(dāng)我們通過(guò)磁環(huán)找到問(wèn)題點(diǎn)之后，接下來(lái)需要做的便是著手整改，針對(duì)共模噪聲，最大的殺器便是共模電感，以下是實(shí)際整改中通過(guò)磁環(huán)進(jìn)行問(wèn)題排查以及共模濾波器進(jìn)行實(shí)際整改的案例。

五案例分享

案例1：掃碼槍

問(wèn)題：時(shí)鐘輻射超標(biāo)

整改：時(shí)鐘源頭是掃描攝像頭sensor返回給主IC的時(shí)鐘信號(hào)，通過(guò)對(duì)USB端口套磁環(huán)，有明顯改善，說(shuō)明時(shí)鐘信號(hào)耦合到USB端并通過(guò)USB線束輻射出去，可以通過(guò)共模電感進(jìn)行噪聲抑制。

整改措施如下：

整改前數(shù)據(jù)：

套磁環(huán)后數(shù)據(jù)：

加共模后數(shù)據(jù)：

例2：吸塵器

問(wèn)題：當(dāng)滾刷電機(jī)工作的時(shí)候，在50MHz~100MHz頻段會(huì)出現(xiàn)包絡(luò)狀輻射超標(biāo)問(wèn)題。

整改：通過(guò)對(duì)主板端到電機(jī)的供電線束套磁環(huán)，有明顯改善，可以通過(guò)在主板端加共模濾波器進(jìn)行濾波處理。

整改措施如下：

整改前數(shù)據(jù)：

整改后數(shù)據(jù)：

六總結(jié)

在EMC整改過(guò)程中，我們會(huì)有一些常用的整改器件，在本篇主要提及了電感、磁環(huán)和共模濾波器，其中磁環(huán)主要是用來(lái)快速確定輻射路徑。利用磁環(huán)與單線進(jìn)行繞制可以制作簡(jiǎn)易的電感，用于判斷差模干擾；利用磁環(huán)與雙線進(jìn)行繞制可以制作簡(jiǎn)易的共模電感，可以判斷共模噪聲。當(dāng)我們確定了噪聲輻射路徑之后，下一步便可以著手進(jìn)行整改，選擇合適的電感或者共模濾波器對(duì)噪聲進(jìn)行抑制。

EMI三要素包括干擾源，耦合路徑和敏感設(shè)備，這里通過(guò)磁環(huán)進(jìn)行問(wèn)題排查主要是從耦合路徑入手處理EMC問(wèn)題。面對(duì)越來(lái)越復(fù)雜的電磁環(huán)境，EMC問(wèn)題永遠(yuǎn)沒(méi)有固定解，需要綜合考慮多種因素，在這方面，韜略科技經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期與客戶一起處理EMC問(wèn)題，已經(jīng)積累了大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可以助各位工程師在EMC整改方面一臂之力，歡迎隨時(shí)咨詢。

審核編輯 ：李倩