电磁干扰对策元件介绍

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电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)是干扰电缆信号并降低信号完好性的电子噪音,EMI通常由电磁辐射发生源如马达和机器产生。电磁干扰是人们早就发现的电磁现象,它几乎和电磁效应的现象同时被发现,1881年英国科学家希维赛德发表“论干扰”的文章,标志着研究干扰问题的开始。1889年英国邮电部门研究了通信中的干扰问题,使干扰问题的研究开始走向工程化和产业化。

瞬变电压和浪涌电压是经常出现的电磁干扰的一种形式。瞬变电压和浪涌电压有所不同,一般瞬变电压持续时间短,而电压范围很宽,从毫伏至万伏;浪涌电压持续时间长,其幅度仅为正常值的几倍。在大多数情况下不做严格区分,统称为瞬变浪涌电压。开关启动、短路故障、火花放电、电磁脉冲、静电放电、雷击等都可能引起不同程度的瞬变浪涌电压,对电子、电工设备造成巨大危害。防瞬变浪涌电压成为电磁兼容的主要内容之一,IEC、欧盟、美国FCC都已制定了相应的标准。

近年来,电子产品向高速数字化发展,电路中所用的IC和各种半导体器件的工作电压越来越低,这就大大增加了瞬变浪涌电压的危害性。瞬变浪涌电压往往造成IC和半导体器件PN结烧毁、氧化层击穿、镀敷金属膜破坏等,使它失效或产生误动作。为了防止这些危害的发生,人们采用了多种保护元器件,如气体放电管、齐纳二极管、碳化硅压敏电阻器、氧化锌陶瓷压敏电阻器、钛酸锶陶瓷压敏电阻器等。下面我们来介绍一些电磁干扰对策元件。

  1. 引线型陶瓷压敏电阻器

引线型陶瓷压敏电阻器是由氧化锌(或钛酸锶)陶瓷体与引线(电极)构成,根据其特性和应用,可以分为低压压敏电阻器、高压压敏电阻器、大通流量压敏电阻器、防雷压敏电阻器等类型。它们都是已经生产了多年的老产品,不再详细介绍。

2、叠层型片式陶瓷压敏电阻器

随着SMT的发展,世界上一些厂家利用陶瓷叠层共烧技术将陶瓷压敏电阻器片式化,制出了各种尺寸规格和性能的叠层型片式陶瓷压敏电阻器,图18和19是其结构和伏-安特性曲线示意图。叠层片式压敏电阻器具有压敏电压低、响应速度快、通流量大、温度特性好、体积小、适用于SMT电路要求等诸多优点,已被日益广泛地用于各种IC、CMOS、MOSFET等半导体器件的瞬变浪涌保护,效果非常理想。

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对于这种结构的压敏电阻器而言,其压敏电压仅取决于两个相邻电极间的距离,即半导体陶瓷膜的厚度,与层数和电极面积基本上关系不大;通流量随层数与电极面积的增加而上升。每一层就相当一个压敏电阻器,通过端电极并联在一起。虽然其结构和制造工艺与MLCC十分相似,但工艺要求却严格得多,需要高精度设备和严格的工艺流程控制。所以,叠层片式压敏电阻器产业化是比较困难的。

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表7列出了叠层型片式陶瓷压敏电阻器与目前市场上的一种半导体二极管瞬态电压抑制器(TVS)的性能比较。不难看出叠层片式压敏电阻器的优越性。

3、叠层片式压敏电阻器

叠层片式压敏电阻器阵列在一个2012片式元件内并列两个压敏电阻器;在一个3216片式元件内并列四个压敏电阻器,其性能基本上与相应的单个压敏电阻器的性能相当。

4、叠层片式浪涌吸收器

有些厂家利用陶瓷叠层共烧技术将以Zn0为主体的半导体陶瓷材料制成了叠层片式浪涌吸收器,尺寸系列为1005、1608、2012、3216四种;工作电压100~500V;最大漏电流小于50μA;压敏电压(④1mA.DC)在100~700V之间;电容量1~10pF,这种产品特别适用于静电放电(ESD)保护。

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5、三引线圆片压敏电容器

有些厂家用既有良好的压敏特性又有较高的介电常数的陶瓷材料制成三引线压敏电阻一电容器,其结构与等效电路如图20所示。它是一个单片结构,二条引线串联在信号线上,另一条引线接地。这样,既可以起到旁路电容滤除高频干扰,又起到瞬变电压保护作用。例如村田公司生产的VRF303系列。用来保护半导体器件,其压敏电压约50V,电容量130pF,在100MHz以上对电磁干扰的抑制在20dB以上。

6、三引线圆片压敏电容器

带铁氧体磁珠的三引线圆片压敏电容器图21是在输入/输出引线上串上两个铁氧体磁珠的三引线圆片压敏一电容器的结构与等效电路,相当于在电路中串联了两个电感器,图22是这种EMI元件对电磁干扰的抑制特性和压敏特性。村田的DSS710系列,压敏电压22V,电容量可达22000pF,再加上铁氧体磁珠的作用,其对电磁干扰的抑制频率可以降低到3MHz以上,衰减大于20dB,且抑制频率范围明显展宽。

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7、共模电感器

开关电源产生的共模噪声频率范围从10kHz ~ 50MHz甚至更高,为了对这些噪声有效

的衰减,那么在这个频率范围内,共模电感器就必须提供足够高的阻抗。因此高磁导率

的锰锌铁氧体和非晶材料是非常适合的。共模电感器的阻抗Zs由串联感抗Xs和串联电

阻Rs两部分组成,Zs、Xs、Rs 三者随频率变化的典型趋势见下图。

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从图中我们可以看出在750kHz以下,Xs在Zs中占主要部分,750kHz 以上Rs在Zs中占主要部分。对于抑制共模噪声的电感器,需要在一个磁芯上绕制两组电流方向相反的导线,并使用高磁导率的磁芯,如磁导率为5k、7k、10k、 12k、 15k 材料和非晶磁芯等。

 

 

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