磁珠位置不当的问题【EMC学习】
【现象描述】
某产品一接口电路进行电压为土500 V 的浪涌试验时,接口电路工作不正常、信号中断,测试后也不能自动恢复。经过检查,发现串联在接口信号线上用来抑制高频噪声的磁珠发生损坏,呈开路状态。
【原因分析】
本产品中的接口电路数据最高频率为1. 536 MHz,该磁珠直流电阻为1. 3Ω , 100 MHz频率时的阻抗在10~ 20Ω之间, 在100 MHz 时达 600Ω,因此可以在不对信号衰减过多的前提下,吸收信号中的高频噪声。
磁珠由氧磁体组成,它能把交流信号转化为热能,而电感只把交流能量存储起来,缓慢释放出去。磁珠对高频信号有较大阻碍作用,在低频时电阻比电感小得多。
当导线中电流穿过时,铁氧体对低频电流几乎没有什么阻抗,而对较高频率的电流会产生较大衰减作用。高频电流在其中以热量形式散发,其等效电路为一个电感和一个电阻串联,两个元件的值都与磁珠的长度成比例。
铁氧体磁珠不仅可用于电源电路中滤除高频噪声(可用于直流和交流输出),还可广泛应用于其他电路,其体积可以做得很小。特别是在数字电路中, 脉冲信号含有频率很高的高次谐波,也是电路高频辐射的主要根源,可在这种场合发挥磁珠的作用。
它比普通的电感有更好的高频滤波特性,在高频时呈现阻性,能在相当宽的频 率范围内保持较高的阻抗,从而提高滤波效果。
本产品接口电路原理框图如下图所示。
从原理图可以明显地看到,TVS用来进行浪涌保护,磁珠与旁路电容形成了一个 LC 滤波器,对高频噪声进行抑制。当接口进行浪涌试验时,浪涌电流将首先流过磁珠,然后经过TVS 泄放到地, 从而使后一级接口芯片免受浪涌电流或电压的冲击。
浪涌试验中采用电流波形为8 µs/20 µs、电压波形为1.2 µs/50 µs的综合波, 即大部分的能量将在20 µs内释放。产品接口部分电路实际承受的电压与电流大小及波形与仪器的内阻及被测接口的阻抗有关。该接口TVS所能承受的最大脉冲功率为500W, 其钳位电压在10V 左右,可以承受数十安培的电流,而所使用的磁珠额定电流仅为100mA。在浪涌试验时,流过磁珠的电流将大大超过这个值,而造成损坏。
【处理措施】
将TVS 移至磁珠的前面, 使浪涌大电流不经过磁珠。原理图如下图所示。
【思考与启示】
在防浪涌保护和高频噪声抑制电路或电容旁路共存的场合,一定要采用先防浪涌后高抑制的原则。
注:以上用例来自《EMC电磁兼容设计与测试案例分析》