谈谈EMC的电容电感器件选择知识

谈谈EMC的电容电感器件选择知识

给大家介绍一下陶瓷电容器在EMI、IMC滤波基础的知识。首先我们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，我们认为陶瓷电容将会朝着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，大家知道它的特性主要是哪一些来构成，我们设计的时候、选择的时候要考虑它的哪些特性，我们知道容量，容量只是它的一个部分，还有ESR值，还有容量值和频率的关系，还有ESL值，还有温升曲线，你的温度升高的话，你的容值变化怎么样，还有直流电压特性，给一定的直流电压，容值是不断下降的。

我们设计的时候也必须考虑到这一些参数、这一些特性。我们来做一个简单的对比，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，我们就可以用一个测试，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，你也没有办法换，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，铝电解我们建议换陶瓷是十分之一，钽电容我们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，我昨天听到安富利的辜其秋告诉我，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，我不是在给英特尔卖广告，我是说明，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，我们是要求在10%以内，如果你是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，我们用来稳压的陶瓷电容器，我们很容易选个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，我们太阳诱电制作工艺相对于来讲，比其他厂商要丰富一点，我们除了由下往上绕的电感，除此之外还有叠层电感，还有手机电源，还有射频的、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，所以我们不断开发这些产品。

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，首先你要考虑感量是多大，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。因为我们大家都知道电感在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。如果你超过了温升电流，很简单，这个电感就会被烧坏。我们有不同的电感放在一起的话，我们来实测一下，比如说这个是我们不同的电感、不同尺寸的效率，大家也可以看到我们在低负载电流的时候，这是不同的尺寸，大家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，总之一点，大家选择的时候，一定要考虑到感量下降到什么样的程度。我们在选择功率电感，就是一点，实际电阻里面的最大值就选择峰值电流，如果你的平均值电流比较小的情况下，就选择温升电流值，考虑到这两个因素大家来选，我曾经去一家公司，他跟我讲到峰值电流会到两万，大家知道TDSCDMA会有一个很高的电流，会有一个很低的电流，如果以高电流来选择的话，电感尺寸非常大，考虑到峰值电流大、平均电流值小的特点，我们就可以电容小的电感。

当然电感的话，这是我们跟其他公司的对比，我们的效率要比这家公司的要高一点点，尺寸大小是一样的，DCR值我们要小一点点。实际上我们考虑选择电感的时候，除了直流电阻以外，还有铜线绕的圈数和粗细以外，还有交流的电流，交流对它影响比较大，如果开关品是750倍赫兹的话，大概是在这个水平上，蓝色是太阳诱电的，红色是竞争对手的，我们大概是1.5欧姆，他们交流的电阻大概是3欧姆，这样他们的损耗会更大一点点。要使交流电阻比较低，有一个就是值损耗要小，绕了铜线之后，通过这个缝隙与外部金属形成涡流的损耗比较小才行，过这些迟缓的缝隙，在金属的地方形成涡流，但是电感只有一个磁芯，这个地方采用磁份和树脂来把它屏蔽。另外的话，这个成本也可以降低。

还有一点，我们在不同负载的情况下，在选择这个电感要注意什么呢？比如说当你的负载比较低的情况下，一般的情况是你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，你的DC直流部分占得比较大的话，你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。大家都知道刚才村田的同事也讲了，EMI噪声无处不在，我们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，我们最主要有爹层磁珠、绕线磁珠，等一下给大家介绍在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。如果说你在低频普通信号线上滤波的话，我们可以推荐使用叠层的磁珠，如果您是在高频的，用绕线的磁珠，大家看到它的截止频率会比较高。

下面一个部分主要是电感和磁珠有什么区别，实际上区别在于什么呢，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，我们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，然后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。这是磁珠，主要是三个，阻抗值、交流和电阻，还有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，我们的磁珠就选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，我们发现用了以后，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。

还有另外会知道，它的曲线会不一样，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。由于时间关系，我说得稍微快一点，等一下可以私下找我，我们可以详细交流。电感占低频的滤波效果好一点，绿色的是磁珠，高频的话，磁珠会好一点。在我们公司里面有模拟的软件，大家可以免费下载，输入一定条件之后，可以看到电压的波形、还有噪声，还有这些电容电感选形的器件。

最后一个部分就是共模电感，刚才也讲到了USB、HDMI这些地方用到共模电感，我们沈先生讲得很详细了，我就不详细的说了，但是有一点需要大家注意，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，你要用在这些频率的话，要用这些阻值比较大一点的，它的共模效果比较好一点，这和其他公司的薄膜相比，我们是采用绕线工艺做的，所以高频阻抗会更好一点。实际上和薄膜来对比的话，大家也看到1G以上频率的话，滤波效果明显要好一点。这个我们也有对应USB3.0，截止频率是实际的。基本上是这样一个情况。谢谢大家。

主持人：我们现在进入问答阶段。有问题吗？

提问：你好，我遇到过我们工程师设计的DCDC电路，它的电感在工作的时候会叫，有噪音，但是电路工作正常，也不发热，这种情况会不会影响可靠性，电感的选择是不是有什么问题？

范新雨：为什么发生噪音呢？是电磁干扰，说明你的电感漏磁出来的与其他线路结合起来形成了噪声，刚好是在这个频率，这种情况下我有一个建议，你可以选择不同形式的电感，比如你的电感是由下往上绕的，没有磁屏蔽的结构。可以选择横向的，这样的话就可以解决这个问题。

主持人：我们还可以问一个问题。

提问：我想问一下，刚才你说选电感要根据噪声频率来选，噪声频率怎么确认，在我电路设计初始阶段。
范新雨：这需要一个设备，静电场分析仪，通过找到噪声频率，对症下药，选择什么样的磁珠。

背景：太阳诱电将在西部电子论坛（成都）电路保护与电磁兼容技术研讨会上介绍EMC对策的容感器件选择方法。我们希望范先生针对成都和西部市场和应用特征，回答有关技术、供应和产品方面的问题。这篇文章将用于会前展望，来吸引公司参加太阳诱电技术讲演，和通过电子元件技术网了解会议内容。[page_break]

1. 新的EMC标准有哪些变化？电子系统设计师在满足这些标准时遇到的挑战是什么？太阳诱电哪些元器件可以帮助设计师克服这些挑战。
EMC的最新标准为CISPR22，最新动向为将测试的频率范围进一步的提高，以前要求测试的30MHZ~1GHZ的辐射噪音水平，由于内部时钟频率等等要求测试的截至频率为6GHZ.
因此从今年的秋季开始在欧洲销售的产品，EN的规格成为必要的条件，日本预计在明年对应VCCI的规格。

背景为由于开发各种各样的无线产品，无线产品以外的时钟频率也越来越高速化，为了减小相互的干扰，所以需要对高频的噪音水平进行规制。

从技术上看面临的课题为高频噪音的对策问题。过去主要是从高速时钟信号里产生辐射噪音，从高速的动的IC中通过电源线产生高频噪音。太阳诱电为了对应这些要求，过去一直有在销售用于电源线的大电流磁珠，今后也会不断的扩大规格型号，进一步满足客户的要求。另外在日本国内有对应1GHZ以上的噪音测试的大型10M电波暗室，对应未来高频的噪音规格测试。

2. 太阳诱电最新EMC应用有哪些电容器、电感器、铁氧体器件？选择这些元件的时候应注意哪些要点，应用中注意哪些问题？
1）在EMC用的磁珠方面，有最新开发的0402尺寸，耐电流能力可以到1.3A的BK1005TM121.
与过去的磁珠相比，在1GHZ附近的阻抗更高，能够对应从电源线产生的高频辐射噪音。
与其他公司的120Ω相比，1GHZ附近的阻抗也要高一点。
2）另外，在共模电感方面，不仅可以对应HDMI的规格，去年底决定的新公布的USB3.0版本高速的差分公布的USD3.0版本高速的差分传输的产品销售。与其他的公司的绕线0805尺寸封装的对比，面积减小一半，截至频率更高，能更好的抑制波形失真

3. 对于EMC应用，磁珠、电感、共模扼流圈之间的区别是什么？类似的元件还有哪些品牌？相比而言太阳诱电元件的优点是什么？
磁珠主要是在辐射噪音对策上使用,在信号线和电源线等要求滤波的频率,选择较高阻抗的磁珠.

电感主要是用在传导噪音对策上使用,在信号线和电源线上和必要的电容进行组合,作为滤波来使用。

共模电感主要是用在容易发生共模噪音的差分传输电路以及同轴线的辐射噪音来使用.其作用为抑制差分信号的失真,对共模噪音产生较大的阻抗. 抑制共模噪音

4. 太阳诱电有哪些典型的案例和产品向西部的工业、通信和家电市场推广？
目前我司的产品如电容，电感,磁珠,无线BT和WIFI模块产品目前广泛的应用在
世界5大手机厂商中,以及世界著名的电信通讯设备厂商中.利用的过去60年来不断积累的相关经验,在技术,产品,价格等等方面不断加强推广和合作.


5. 电子系统设计师为EMC设计选择元器件时需要注意哪些问题？太阳诱电可以为设计师选择EMC设计用电子元器件提供哪些帮助？
EMC部品的选择是以去除噪音为目的的.但有可能对信号波形和电压下降等对机器产生影响,
因此太阳诱电提供了能够简单的模拟信号波形和滤波特性的仿真软件,同时还有方便工程师选择器件的模拟软件.从而能够对具体的电路选择最合适的器件.