去耦电感-扼流圈

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去耦电感-扼流圈

电源适配器去耦电感也叫Choke，教科书上通常翻译成扼流圈。去耦电感的作用是滤除线路上的干扰，属于EMC器件，EMC工程师主要用来解决产品的辐射发射(RE)和传导发射(CE)的测试问题。

电源适配器去耦电感，通常结构比较简单，大都是铜丝直接绕在铁氧体环上。个人觉得可以简单地分为差模电感和共模电感。这里不再赘述共模和差模的概念，可以参考以下两本书籍的相关章节。

6w电源适配器差模电感

电源适配器差模电感就是普通的绕线电感，用于滤除一些差模干扰，主要就是与电容一起构成LC滤波器，减小电源噪声。

对于220V市电，差模干扰就是L相到N相之间的干扰；对POE来说，就是POE+和POE-之间的干扰；对于主板上的低压直流电源，其实就是电源噪声。

6w电源适配器差模电感选型需要注意一下几点：

• 直流电阻、额定电压和电流，要满足工作要求；

• 结构尺寸满足产品要求；

• 通过测试确定噪声的频段，根据电感的阻抗曲线选择电感；

• 设计LC滤波器，可以做简单的计算和仿真。

磁珠(Ferrite Bead)，也常用来滤除主板上的低压直流电源的噪声，但磁珠与去耦电感有区别的。

• 磁珠是铁氧体材料烧制而成，高频时铁氧体的磁损耗(等效电阻)变得很大，高频噪声被转化成热能耗散了；

• 去耦电感是线圈和磁芯组成，主要是线圈电感起作用；

• 磁珠只能滤除较高频的噪声，低频不起作用；

• 去耦电感可以绕制成较高感值，滤除低频噪声。

电源适配器磁珠等效电路模型

电源适配器共模电感

电源适配器共模电感就是在同一个铁氧体环上绕制两个匝数相同、绕向相反的线圈。

如上图所示的共模电感：

当有共模成分流过共模电感时，根据右手定则，会在两个线圈形成方向相同的磁场，相互加强，相当于对共模信号存在较高的感抗；
当有差模成分流过共模电感时，根据右手定则，会在两个线圈形成方向相反的磁场，相互抵消，相当于对差模信号存在较低的感抗。
换一个方式理解：当V+上流过一个频率的共模干扰，形成的交变磁场，会在另一个线圈上形成一个感应电流，根据左手定则，感应电流的方向与V-上共模干扰的方向相反，就抵消了一部分，减小了共模干扰。

共模电感主要用于双线或者差分系统，如220V市电、CAN总线、USB信号、HDMI信号等等。用于滤除共模干扰，同时有用的差分信号衰减较小。

共模电感选型需要注意一下几点：

直流阻抗要低，不能对电压或有用信号产生较大影响；
用于电源适配器电源线的话，要考虑额定电压和电流，满足工作要求；
通过测试确定共模干扰的频段，在该频段内共模阻抗应该较高；
差模阻抗要小，不能对差分信号的质量产生较大影响；
考虑封装尺寸，做兼容性设计。例如用于USB信号的共模电感，选择封装可以与两个0402的电阻做兼容，不需要共模电感时，可以直接焊0402电阻，降低成本。
下图是某共模电感的共模阻抗和差模阻抗。
如果共模干扰频率在10MHz左右，滤波效果很好，但如果是100kHz，可能就没什么效果。如果差分信号速率较高，100M以上，可能就会影响信号质量。

电源适配器高频电感

高频电感主要应用于手机、无线路由器等产品的射频电路中，从100MHz到6GHz都有应用。

高频电感在射频电路中主要有以下几种作用：

匹配(Matching)：与电容一起组成匹配网络，消除器件与传输线之间的阻抗失配，减小反射和损耗；
滤波(Filter)：与电容一起组成LC滤波器，滤出一些不想要的频率成分，防止干扰器件工作；
隔离交流(Choke)：在PA等有源射频电路中，将射频信号与直流偏置和直流电源隔离；
谐振(Resonance)：与电容一起构成LC振荡电路，作为VCO的振荡源；
巴仑(Balun)：即平衡不平衡转换，与电容一起构成LC巴仑，实现单端射频信号与差分信号之间的转换。
之前介绍的三种结构，都可以用来制作高频电感，下面介绍下他们的特点：

多层型

多层型通过烧结，形成一个整体结构，或叫独石型(Monolithic)

多层片状电感的，相比于其他两种就是Q值最低，最大的优势就是成本低，性价比高，适合于大多数没有特殊要求的应用。TDK和Taiyo Yuden的高频电感都只有多层型，没有绕线型和薄膜型。

TDK的MLK系列、Murata的LQG系列、Taiyo Yuden的HK系列，这三个系列的产品基本一样，最便宜，性价比高。

当然随着工艺技术的提升，现在也有高Q值系列的多层片状电感，例如TDK的MHQ系列、太阳诱电的HKQ系列。

TDK的多层电感做的更好更全，还有一个MLG系列，有0402封装，感值可以做0.3nH，Value Step 0.1nH，容差0.1nH，接近薄膜电感的性能，价格还便宜。

绕线型

现在的工艺水平已经越来越高，绕线电感也可以做到0402封装。

绕线型工艺，其导线可以做到比多层和薄膜结构粗，因此可以获得极低的直流电阻。也意味着极高的Q值，同时可以支持较大的电流。将无磁性的陶瓷芯换成铁氧体磁芯，可以得到较高的感值，可以应用与中频。

Murata的LQW系列可以做到03015封装，最小感值1.1nH；Coilcraft的0201DS系列，可以做到0201封装，号称世界上最小的绕线电感。

薄膜型

采用光刻工艺，工艺精度极高，因此电感值可以做到很小，尺寸也可以做到很小，精度高，感值稳定，Q值较高。

Murata的LQP系列，可以做到01005封装，高精度产品的容差可以做到0.05nH，最小感值可以到0.1nH，这三个参数值可以说是当前电感的极限了。其他，像Abracon的ATFC-0201HQ系列也可以做到最小0.1nH。

Murata有三种工艺的高频电感，选择了同感值(1.5nH)、同封装、同容差的电感对比。

可以看出绕线型的Q值明显高于其他两种，而薄膜型的电感值的频率稳定性高于其他两种。当然，多层型的成本明显低于其他两种。

选择高频电感时，除了需要确定电感值、额定电流、工作温度、封装尺寸外，还要关注自谐振频率、Q值、电感值容差、电感值频率稳定性。

电感值通常需要根据仿真、实际调试或者参考设计来确定。大多数情况，多层片状高频电感已能满足要求，一些特殊场合可能需要关注：

电感值较大，自谐振频率较低，需要注意工作频率应远低于自谐振频率。
大功率射频设备，PA偏置电流较大，需要选择绕线型以满足电流要求；同时大功率设备温升较高，需要考虑工作温度；
对于一些宽带设备，需要电感值在带宽内稳定，那么应选择薄膜电感；
对于高精度的VCO电路中，作为LC谐振源，只有薄膜电感能提高0.05nH的容差；
像手机、穿戴式设备，尺寸可能是最关键的因素，薄膜电感可能是比较好的选择。
有一些高频电感具有方向性，贴片安装的方向对电感值有一定影响，如下图所示：

可以看出，标记点朝侧面，感值变化较大，所以贴片时应注意让电感上的标记点朝上。

另外，Layout时，应注意两个电感不能紧邻着放置，至少距离20mil以上。原因就是磁场会相互影响，从而影响感值，参考前文共模电感示意图。

结语：选型要清楚器件的原理和应用，综合考虑成本、降额、兼容性等多种因素。

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| 发布时间：2018.06.21 来源：电源适配器厂家

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