如何选取电源设计的EMC电容电感器件？

EMC电路中容感及磁珠的选型指南

不管是电源行业中的菜鸟工程师还是老鸟工程师，都曾经或多或少的遇见这样的一个困惑：电源电路设计中EMC电容电感器件该如何选择呢？选择EMC电容电感器件要考虑到哪些必须的环节呢？这里小编就将为你一一解答。

首先要知道陶瓷电容发展的最新状况以及与其他电容的关系。陶瓷电容由于近几年来陶瓷的厚度越来越薄，一层陶瓷介质的厚度大概是0.5个uM，陶瓷电容最大的容量是100，叠的层数越来越多。从发展趋势来看，陶瓷电容将会朝着 ESR、ESL发展；基板弯了，但是电容还是不能裂开，比如军工里面很恶劣的条件，陶瓷电容会以这个趋势方向发展。陶瓷电容这个东西很简单，设计的时候、选择的时候要考虑它的哪些特性，知道容量，容量只是它的一个部分，还有ESR值、容量值和频率的关系、ESL值、温升曲线，温度升高的话，容值变化怎么样，直流电压特性，给一定的直流电压，容值是不断下降的。设计的时候也必须考虑到这一些参数、这一些特性。做一个简单的对比，陶瓷电容由于是内部采用并联结构，ESR值也比较低，钽电容是这样，铝电解是这样。这样的话，就可以用一个测试，电源从这边过来，这边用一个滤波的电容。当然这说明什么问题？这是陶瓷的ESR值比较低，滤波效果比较好。当然大家说，是不是说有的铝电解都可以换成陶瓷呢，不能这么说，电源的部分需要很大的容量，也没有办法换，如果用在滤波来换，就可以用小容量的陶瓷换大容量的铝电解。

一般的情况下，铝电解建议换陶瓷是十分之一，钽电容建议是五分之一的容量来换。还有一个世纪案例，大家都知道英特尔公司 CPU的速度是越来越快，而且制作的工艺也是越来越精细化，英特尔正在开发33纳米的技术，大家看到英特尔公司从96年晶圆是越来越小，其实是想说明，由于IC做得越来越小，精细化越来越高，电压也就是越来越低，原来驱动电压一般是5V，现在看到一般是1V和1.2V，IC稳定的电压，要求在10%以内，如果是5V的情况下，过去电压可以允许大概是500毫V，现在是用了1V，允许稳波电压就是0.9V，最低的电压。要不然电压变化太大的话，IC工作就变得不稳定，稳压的陶瓷电容器，很容易选个0.1谬的。为什么呢？高速运转过程中，瞬间会有一个压降，这个地方压降最主要是业余陶瓷电容的容值和ESR值这个因素来决定的。第一个部分介绍了电容的应用，下一个部分主要是电感方面。电感方面，太阳诱电制作工艺相对于来讲，比其他厂商要丰富一点，除了由下往上绕的电感，还有叠层电感、手机电源、射频的、高频的电感。这是详细的，不同的尺寸、不同的厚度，有的是0.8的厚度，因为大家知道消费类电子产品要求小型化、超薄、低成本，都是满足这个趋势，所以需要不断开发这些产品。特别是选择一些功率电感，比如脉冲电流比较大，滤波起来可能有些困难，大家选择功率电感的时候可能有些困惑，功率电感选择的时候我们考虑的参数和指标是什么，首先要考虑感量是多大，第二是考虑到内阻，第三要考虑到饱和电流，第四是温升电流。因为电感在DCDC 方面起的作用两个：一个是作为滤波来用，第二是作为储能来用，一般来讲，饱和电流一般指的是什么呢?VC加DC的电流我们称之为饱和电流，平均的电流我们就把它定义为温升电流，我们业界一般的情况是采用感量下降30%的时候，这个时候电流值为多少，这个就叫饱和电流，温升电流是电流不断增大，电感表面温度上升40度，这个来定义温升电流值，因为电感慢慢温度高之后可能会会被坏，所以限定一个值，在这个电流以下，电感不会被烧坏。实际使用的电流值不会超过电感的饱和电流，这样稳波电流会不断的增大。如果超过了温升电流，这个电感就会被烧坏。有不同的电感放在一起的话，实测一下，比如不同的电感、不同尺寸的效率，也可以看到在低负载电流的时候，这是不同的尺寸，看到电流没有多大变化，由于电流值感量下降的幅度比较大，之间的差异有出来了，感量比较大，温波电流就比较大，这就是噪声。所以在感量变化幅度比较小，这个地方的噪声就比较小，总之在选择的时候，一定要考虑到感量下降到什么样的程度。在选择功率电感，实际电阻里面的最大值就选择峰值电流，如果平均值电流比较小的情况下，就选择温升电流值。还有一点，在不同负载的情况下，在选择这个电感要注意什么呢？比如说当负载比较低的情况下，一般的情况是交流的成分会比较多。交流的成分比较多，就选择交流电阻比较小了电感，它的效率就会高，那么负载比较大的情况下，DC直流部分占得比较大的话，那么就要选择直流电阻比较低的，这样效率高一点。

下面交流一下磁珠的选择方法。

EMI噪声无处不在，简单讲把它形容成几点：传导噪声、辐射噪声、射频、干扰噪声，对于不同的噪声，最主要有爹层磁珠、绕线磁珠，1G以上2G甚至更高的时候，都有很强的耐磨能力，接下来是穿芯的磁珠。如果在低频普通信号线上滤波的话，可以推荐使用叠层的磁珠，在高频的，用绕线的磁珠，会看到它的截止频率会比较高。再次就是电感和磁珠有什么区别，电感在比较低频的部分效果比较好，磁珠主要是在高频，我故意选了一个感量比较接近的，一般电感在几十欧姆的话，是这样一个曲线，所以电感主要是传导噪音，磁珠主要是辐射噪音。选择磁珠的时候，通常认为要把这条线使得比较稳定，然后从发生噪声的地方着手放一些元件，再从辐射噪声源的地方放一些EMI器件，选择电感的话，为了避免共振，所以需要从比较平滑的曲线慢慢朝比较陡曲线的磁珠来选择。磁珠，主要是三个：阻抗值、交流和电阻、感抗这三个部分组成。实际案例的话如果 10M信号过来的话，发生信号是在200多亩的地方信号比较大，磁珠就选200多M阻值的地方，靠近噪声频率的磁珠，如果没有使用磁珠的情况下，谁这样一个电压波形，当发现用了以后，这个蓝色的部分，下降了很多，而且电压波形也比较稳定，所以首先搞清楚噪声频率是在什么地方，那么选择阻值稍微大一点的，但是不能选择太陡，太陡会产生共振。另外其曲线也会不一样，R值和X值，就是交流电阻和感抗，当交流电阻大于感抗的时候，这与信号有关系，它的效果要更好一点点。蓝色就是交流电阻更大一点。电感占低频的滤波效果好一点，绿色的是磁珠，高频磁珠会好一点。最后是共模电感，刚才也讲到了USB、HDMI这些地方用到共模电感， 有一点需要注意的是，现在有其他信号干扰，比如说GSM的900M、TD2.1G，对USB干扰比较大，它的共模阻抗要注意，这时要用在这些频率的话，这些阻值比较大一点的，它的共模效果比较好一点，采用绕线工艺做的，所以高频阻抗会更好一点。实际上和薄膜来对比的话，1G 以上频率滤波效果明显要好一点。