电源有噪声,在后面串颗磁珠,再加一颗电容,看起来是很顺手的处理办法。
但如果加完以后,某个频段的噪声反而更大了呢?是磁珠选小了,还是应该换成电感?
其实,选滤波器件时,更有用的问题是:现在要压的是哪个频段,噪声走哪条路径,这颗器件接进去以后会发生什么?
电源有噪声,在后面串颗磁珠,再加一颗电容,看起来是很顺手的处理办法。
但如果加完以后,某个频段的噪声反而更大了呢?是磁珠选小了,还是应该换成电感?
其实,选滤波器件时,更有用的问题是:现在要压的是哪个频段,噪声走哪条路径,这颗器件接进去以后会发生什么?
同样是电源线噪声,主要的电流路径可能不同。同一对电源线上可能叠加两种分量。
差模电流沿一根线出去、另一根线回来;共模分量在这对线上同向,返回路径经过这对线之外的结构。
这意味着,选器件前要先确认三件事:噪声属于哪种模式、主要在哪个频段、器件还要通过多大的正常电流。配图1先把最容易混淆的返回路径画清楚。
器件上写着“EMI”,也不意味着它能同样处理所有模式与频率。
对电源线、时钟线和高速差分接口而言,需要保留的正常信号不同,允许增加的阻抗也不同。电源滤波里可接受的器件,不能直接搬到高速信号线上。
可以把它作为候选器件,但只知道电感量还不够。比如噪声集中在100MHz,就要看它在100MHz附近的实际阻抗,不能只拿标称的1μH来判断。
理想电感的阻抗为:
ZL=j2πfL。
在理想模型内,频率越高,感抗越大。例如1μH在100kHz下约为0.63Ω,在1MHz下约为6.28Ω。
但真实电感还包含绕组电阻、磁芯损耗和绕组之间的寄生电容。超过一定频率后,它的阻抗不再按这条直线规律增加。
所以,一颗适合在几百kHz承担储能任务的功率电感,不能只根据1μH这个数值,就推断它在100MHz仍然是理想电感。
还要分清饱和电流和温升电流:前者关联电感量下降,后者关联发热,厂家具体定义和允许下降比例也要查看。
电感可以参与滤波,但它是否有效取决于实际阻抗曲线及工作点,不能仅由元件名称决定。参考:MPS无源器件高频寄生模型
磁珠经常标注“某频率下100Ω或600Ω”,看起来像电阻,却又能让直流大电流通过。
原因是这个数字通常表示规定频率与测试条件下的阻抗幅值,不能把它当成直流电阻。
用复阻抗表示:
Z=R+jX。
R表示损耗部分,X表示电抗部分。常见手册Z曲线画的是幅值|Z|=√(R²+X²),不能直接用R与X相加。磁珠在不同频段中,两者比例会变化;损耗部分占比较大时,能够耗散一部分高频能量。
假设某磁珠标称100MHz时600Ω,而直流电阻为0.05Ω。正常1A直流下,按DCR估算的压降为50mV,铜损为50mW,而不是600V和600W。
所以,标称“600Ω”需要连同测试频率一起看。配图2用另一组假设模型展示曲线形状:低频可能偏感性,中间损耗增加,更高频又受到寄生电容影响。实际选型要查所选料号的Z、R、X曲线。
如果磁珠在轻载时效果不错,加大负载后效果却变差,除了检查电源本身的工作模式,也要看看磁珠的直流偏置曲线。它通过实际负载电流后,阻抗特性可能改变,不能直接套用零偏置曲线。
因此,“额定3A,实际只用1A”只能作为部分电气与热条件的检查,不能独立证明目标频率下仍有足够阻抗。
不同磁珠的偏置敏感程度不同,不能套用统一的降额比例。应查所选料号的偏置曲线,必要时在实际电流下测量。
再回到开头“加了反而更差”的情况,原因是磁珠在这一频段仍可能以感性为主,与电容组成阻尼不足的谐振网络。“磁珠能耗散高频噪声”,不代表它与任意电容搭配都不会出现峰值。
共模电感通常让一对导体的绕组共用磁芯,并按设计的端子方向接入线路。
在理想平衡的差模条件下,两绕组的主磁通相互抵消;共模分量则使主磁通相加,在适用频段形成较大的共模阻抗。
看下图的黑点:差模电流相对同名端一进一出,共模电流则同时流入。区分模式的关键,是磁耦合与端子极性。
不过,抵消的是理想情况下的磁通,并不意味着绕组电阻、漏感和寄生电容都消失。真实共模电感仍可能影响差模信号,连接不正确还会破坏预期的磁通关系。
选型需要看共模阻抗、差模特性、额定电流和绝缘要求;高速接口还要检查差模插入损耗等信号完整性指标。