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EMC标准更改,工程师如何应对?

发布时间:2020-10-27 发布时间:
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今天非常荣幸能够有机会和大家一起交流。今天主要是讲太阳诱电做的这些电容、电感产品,和经验给大家做一个分享。我要讲的是应用于EMC的容感器件选择方面的一些想法。可能大家对太阳诱电还不是很熟悉,我简单介绍一下,其次才是主要的电容、电感以及磁珠,包括共模电感这一块跟大家介绍。

首先我们太阳诱电主要是以电容器、电感、压敏电阻、EMI滤波器、天线、模块。太阳诱电成立于1950年,全球大概有一万七千多名员工,销售额大概在120到130亿人民币一年。这是我们销售的推移图,去年金融危机有点下降。我们在中国国内销售以及技术支持的团队主要是集中在香港、深圳、上海、苏州、北京这些区域,我们在四川这边,主要通过和我们的代理商一起来进行销售以及技术支持这些服务。

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。

提问:还有一个问题,网站上的软件是可以免费下的?

范新雨:免费下载的,WWW.TY-TOP.COM。其实我们都是采用仿真软件,这个就是仿真软件在这里输入容量、赖压、厚度,这里很多的规格让你选择,还有在这里有电感的,还有磁珠的,这是器件选型的软件,还有刚才所讲到另外的,这个也是仿真软件,你输入一定的条件,选择器件的特性,比如驱动电压、反映时间,可以看到电压波形,比如在射频的时候,你要调它的射频,比如手机里面经常可以看到把天线放在手机的下面,会有一些串扰,GSM900会有串扰,你就可以选择比较大的。


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