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作者：Ranjith Bramanpalli，伍爾特電子產品應用工程師 通常，開關型穩(wěn)壓電源沒有功率電感就不能工作。但是，如果您想改善它們對EMC的性能，可以從幾個方面入手，包括屏蔽效率、繞組起繞點和開關轉換。 DC/DC 開關電源在電源管理中至關重要，因為它們可以實現(xiàn)高效的電源供應。在這種情況下，功率電感是電源電路的關鍵元件，盡管開發(fā)過程中通常只會關注它的電氣特性，例如 RDC、RAC和損耗，電磁輻射特性經常被忽視。圖 1 展示的是典型的帶有開關 S1 和 S2 的開關 DC/DC 電源電路。 
圖 1：典型的具有開關 S1 和 S2 的 DC/DC 電路 開關電源中的功率電感 在開關電源中，功率電感可以使用各種不同的磁芯材料和繞組類型來來設計和組裝。此外，功率電感器可分為非屏蔽、半屏蔽或屏蔽三種。每種類型的屏蔽都有不同的優(yōu)點和缺點，這決定了其應用領域。 開關電源的開關過程在電感兩端產生交流電壓。從實際角度來看，電感可以作為環(huán)形天線，電磁輻射取決于許多參數(shù)，包括磁芯、屏蔽材料以及繞組的起繞點。 功率電感的開關頻率及其諧波在100kHz至30MHz較低頻率范圍內所發(fā)出的電磁輻射不僅取決于電感的屏蔽，還取決于繞組的特性。相比之下，電磁輻射在較高的頻率范圍（30 MHz 至 1 GHz ）的電磁輻射是由高頻振蕩及其諧波引起的，它更多是由磁芯材料的屏蔽特性、開關頻率和基本設計所決定的。 線圈輻射特性 如前所述，DC/DC 電路中功率電感產生的電磁輻射是不可以忽略的，還需要考慮相鄰元件的類型和間距，以及它們對磁耦合的敏感性，這尤其重要。隨著工程師對這一潛在 EMC 問題的認識不斷增強，元件制造商也通過推出新產品系列做出了回應。除了常規(guī)的非屏蔽電感外，還推出了屏蔽和半屏蔽器件。屏蔽電感將繞組完全密封在磁屏蔽材料制成的結構中。在非屏蔽線圈中，繞組通常是暴露在外，沒有磁屏蔽。電磁場的傳播不受限制，它們通常是電磁干擾中最強大的干擾源。通常，半屏蔽電感會將磁屏蔽材料通過環(huán)氧樹脂固定在的外露繞組上。用于測量 DC/DC 開關電源 (DUT) 中的電磁場的測試設置如圖 2 所示。
圖2：用于測量 DC/DC 電源中電磁場的測試裝置 與半屏蔽和非屏蔽電感相比，屏蔽電感的主要優(yōu)勢是其電磁輻射相對較弱。圖 3 展示了這三種屏蔽類型的基本發(fā)射特性。
圖3：非屏蔽、半屏蔽和屏蔽電感的磁場測量結果 一般而言，工程設計的限制因素之一是尺寸。與同等尺寸的非屏蔽電感相比，屏蔽電感具有較低的電感量和飽和電流，以及較高的制造成本。初級工程師可能傾向于使用非屏蔽電感，因為其尺寸更小、成本更低、飽和電流更高。然而，這種選擇可能會導致一系列在設計階段后期難以解決的 EMC 問題。 伍爾特電子是少數(shù)幾家提供半屏蔽電感的制造商之一，這類電感能夠成功地填補在空間要求、電氣特性和 EMC 之間的差距，尤其適用于電感周邊元件對輻射不會特別敏感的場景。 如圖 4 所示，尺寸為 8040 的 WE-LQS 半屏蔽功率電感器（744 040 841 00）與尺寸為 7345 的 WE-PD 系列的屏蔽電感（744 777 10）和尺寸為 7850 的 WE PD2 系列的非屏蔽電感（744 775 10）相比，具有出色的飽和特性。
圖4：屏蔽（灰色）、半屏蔽（黑色）和非屏蔽（紅色）電感的飽和特性對比 繞組起繞點的影響 一個經常被忽視的 EMC 關鍵特性是繞組的起繞方向，它由電感上的“點”來標識（圖 5）。將電感標有點的一側盡可能靠近開關節(jié)點來連接非常重要，因為這一側的 dU/dt 值最高，因此干擾也最大。外部繞組會屏蔽開關節(jié)點在開關時電流切換引起的噪音。如果將未標記的一端連接到開關節(jié)點，則交流正向電壓會出現(xiàn)在外層繞組。這可能會導致強烈的噪音耦合。
圖5：WE-XHMI 和 WE-PD2 電感上標示了繞組起繞點 磁屏蔽電感有效屏蔽了磁場輻射，但并不總能屏蔽電場輻射。電場的屏蔽效率取決于磁芯材料的特性和磁導率：磁芯材料越強、導磁性越好，電感的電場屏蔽效率就越高。 題為“電源管理中功率電感的電磁輻射特性”的應用文檔中提供了對開關轉換引起的電磁干擾信號以及近場和遠場中各種材料的屏蔽效應的詳細講解[www.we-online.com/ANP047]。 關于作者 Ranjith Bramanpalli 于 2008 年畢業(yè)于馬薩諸塞大學洛厄爾分校，獲得了電氣工程和計算機科學兩個碩士學位。他目前在伍爾特電子eiSos擔任產品應用工程師。 |
