基于EFT优化电感设计在电子设备性能分析研究

基于EFT优化电感设计在电子设备性能分析研究

刘剑

（广东昭信平洲电子有限公司）

摘要：随着社会的不断发展,电子行业的迅速扩张推动了电子设备应用的广泛性,在电子设备结构设计中,电磁兼容性是尤其需要注意的一个方面,电子设备电磁兼容中EFT优化电感显得十分重要，它对改善电子产品性能、提升使用价值都有着不可忽略的作用在电子设备中占有不容忽视的地位,直接影响电子设备能否正常运行。本文结合笔者多年的工作经验，主要讨论如何选取新型铁芯材料绕制电感，减小滤波器体积，并且实现滤波器拓扑结构优化设计。

关键词：电快速瞬变脉冲群，称重控制器，滤波器

对于电子产品生产企业来说，想要在市场上拥有更大的销售空间，就必须进一步改善产品质量，使之能够符合人们的消费需求，以扩大竞争优势。因而，在电子产品设计中，加强对电子设备电磁兼容中EFT优化电感是很有必要的，能够优化用户对产品的使用舒适度，符合消费者最本质的要求。电快速瞬变脉冲群(EFT)试验是指一种将由许多快速瞬变脉冲组成的脉冲群耦合到电气和电子设备的电源端口、信号和控制端口的试验。由于骚扰信号不是单个脉冲，而是一连串的脉冲群具有上升时间和持续时间短、幅值和重复频率高等特点，电子设备长期以来难以克服。为了减低不必要的危害，有必要对电子设备进行EFT抑制。传统的EFT抑制方法主要是采取加载滤波器的方式，但由于参数选择不当，往往导致滤波器体积较大且抑制效果不理想。

一、电子设备中电快速瞬变脉冲群机理

脉冲群发生器的基本线路和波形如图1所示。经由挑选的电路元件Cs，Rs，Rm和Cd，使发生器在开路和接50Ω负载的条件下产生一个快速瞬变。信号发生器的有效输出阻抗为50Ω。

二、电子设备运行过程中EFT干扰抑制分析

对于EFT的滤波抑制往往最简单的方式是加铁氧体磁环滤波器。铁氧体一般做成中空型，导线穿过其中。当导线中的电流穿过铁氧体时低频电流几乎无衰减地通过，但高频电流却会受到很大的损耗，转变成热量散发，所以铁氧体和穿过其中的导线即成为吸收式低通滤波器，对于EFT能起到一定的抑制作用。然而，对于群脉冲的抑制，往往单加铁氧体磁环滤波器还不够，设计常规滤波器是抑制群脉冲最有效手段之一。滤波器常用于传导EMI噪声的滤除，根据通常设计传导EMI滤波器的经验，我们设计了一个常规的EMI滤波器。通过测试发现对于EFT的抑制效果不是很佳，可见EFT滤波器是有别于传统EMI滤波器的。由于EFT的频带极宽，且幅值较大，所以对滤波器的要求也不一样。结合相关理论，参考前人的设计，设计出了如图4所示的滤波器。

通过调节对应的参数，发现电感和电容的取值影响很大。经过反复实验发现，火线、零线的电容值取C1、C2取20nF左右，火线和地线、零线和地线的值取C3、C4取5nF左右，同时共模扼流圈N1、N2电感取2mH左右时抑制噪声信号较为理想。由于2mH电感值过大，导致使用铁氧体磁环绕制电感时体积过大。既浪费材料，又因为体积过大，不便于固定安装，且有些仪器设计体积较小，没有足够的空间装载滤波器。有鉴于此，本文采用新型材料铁氧体磁环绕制滤波器来抑制EFT干扰。铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料。磁导率为复数，即μ=μ'－jμ″，实部为磁能的存储(相当于电感)，虚部为磁能的损耗(相当于电阻)，在1GHz以下，随着频率的增加而增加。因此，磁环阻抗可等效为磁芯电感LF与磁芯损耗电阻RF组成的串联电路，其中:LF与RF都是频率的函数，如图4所示，磁环等效阻抗为:

ZF(ω)=RF(w)+jwLF(w)。(1)

在低频段，阻抗由电感的感抗构成RF(w)很小，磁导率较高，电感量较大，LF(w)起主要作用，电磁干扰被反射而受到抑制，且磁环的损耗较小，磁环可认为是一个低损耗、高品质因数的电感。在高频段，阻抗由电阻成分构成，随着频率升高，磁导率降低，电感量减小。然而，磁环的损耗增加，电阻成分增加，导致总的阻抗增加，当高频信号通过铁氧体时，电磁干扰被吸收并转换为热能耗散掉。力载波通讯线缆中的高频阻抗以减小共模电流，从而抑制辐射干扰噪声。理论表明磁珠的阻抗与材料和尺寸,可根据不同的辐射场特性设计有效的噪声抑制方案。

三、结论

通过以上分析可知，采用普通材料磁环绕制电感并设计滤波器，虽然能够达到设计效果，但是由于电感值较大，导致滤波器体积过大，不便于安装，且浪费材料和空间。选取新型超微晶材料制作的铁氧体磁环绕制电感，可以在很少的绕制圈数情况下，达到足够的电感值。利用超微晶材料铁氧体磁环设计滤波器实现了对EFT干扰的抑制，克服了现有滤波器体积较大以及电容、电感实际选取较难控制等问题。在现代电子设备设计和生产中，能够有效优化电感，使电子产品具备更加稳定和高效的性能。

参考文献：

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