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PCB設(shè)計(jì)EMF管理

技術(shù)專題

PCB設(shè)計(jì)EMF管理


PCB設(shè)計(jì)您可能已經(jīng)很熟悉電感器的工作原理。通常由多個(gè)線圈匝數(shù)表示的電感器在電流流過時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁通量。 

有趣的是,當(dāng)電流被切斷或減小時(shí),磁通量會(huì)發(fā)生什么。磁通量沒有消失,而是試圖通過感應(yīng)一個(gè)與變化相反的電流來抵抗變化。

換句話說,如果電流減小,則磁通量將沿相反的方向產(chǎn)生電流,當(dāng)流過電感器的電流增大時(shí),則相反。 

倫茲定律定義了自感原理,該定律指出,在變化的磁場中感應(yīng)產(chǎn)生的電流始終會(huì)與變化的原因相反。磁通量的相反變化通常由感應(yīng)EMF電壓表示,其公式如下:

V L = -Ldi / dt

它的特征是負(fù)號(hào),這意味著感應(yīng)電流的相反性質(zhì)。 

自感不應(yīng)與互感混淆。前者涉及單個(gè)線圈或電感器,而互感涉及兩個(gè)或多個(gè)電感器。

通過互感,由電感器產(chǎn)生的磁通量耦合到相鄰的電感器中。這導(dǎo)致第二電感器感應(yīng)與變化相反的磁通量。在第二個(gè)電感器上會(huì)形成相反的電壓,這將導(dǎo)致電流相應(yīng)地流動(dòng)。

這聽起來很熟悉嗎?

互感使變壓器,電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)成為可能。電磁能量的傳輸取決于匝數(shù),距離和連接兩個(gè)電感器的磁芯。

互感雖然有用,但也很麻煩。您必須意識(shí)到PCB走線也具有一定的電感量。當(dāng)高速開關(guān)信號(hào)流過一個(gè)時(shí),EMF會(huì)耦合到相鄰信號(hào)中,并成為電磁干擾(EMI)的原因。 

電子設(shè)計(jì)中的自感

自感有助于阻止高頻噪聲。 

像互感一樣,自感可以成為電子設(shè)計(jì)的朋友或敵人。請(qǐng)記住,自感也稱為反電動(dòng)勢。如果使用機(jī)械繼電器進(jìn)行設(shè)計(jì),則釋放繼電器時(shí)應(yīng)注意反電動(dòng)勢。 

當(dāng)線圈突然退磁時(shí),反電動(dòng)勢會(huì)產(chǎn)生反方向的電壓,這可能會(huì)損壞繼電器的驅(qū)動(dòng)器。在這種情況下,您將需要一個(gè)反激二極管來安全地消除反向電壓的累積。 

在直流電路中,電感的行為類似于普通導(dǎo)體。但是,當(dāng)交流電流通過時(shí),其阻抗會(huì)增加。電感器的這種特性是自感的結(jié)果??梢越ㄔO(shè)性地使用它。例如,作為低通濾波器的扼流圈可阻止高頻噪聲通過。 

但是,當(dāng)使用高速信號(hào)時(shí),PCB設(shè)計(jì)走線中的自感會(huì)成為一個(gè)問題。它會(huì)衰減高速信號(hào),尤其是在GHz范圍內(nèi),這可能會(huì)對(duì)電路的正常運(yùn)行造成問題。

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