【導讀】每種含有開關電源或微處理器電路的電子設備都存在電磁干擾 (EMI) ，降低電磁干擾需要大量工程資源并顯著增加設備的成本。規范要求限制電子器件發射的EMI量，避免附近其他器件受到這種干擾。EMI測試成本高，同時，為了滿足合規要求，能有效降低EMI的設計又是十分重要的。充分了解產生電磁場的來源可為低EMI設計奠定堅實的基礎。
EMI是怎樣產生的?
如圖1所示，導體中流過電流，就會產生兩個互相垂直的場。這兩個場的強度與導體中的電流和電壓成正比。其中一個垂直的場由數條以線表示的磁通量構成，稱為“B”磁場。這些以線表示的磁通量是電磁器件、電機和發電機工作的關鍵。沒有電流產生的磁場，電流不可能轉換成做功的力。因此，在加以抑制和控制的情況下，B磁場是必不可少的。如果不加以抑制，B磁場會與附近其他器件或導體形成感應電壓，產生EMI即噪聲。
圖1: 導體中流過電流產生“B”磁場和 “E”電場
另一個垂直的場是 “E”電場或靜電場。E電場就是收集儲存在電容中的能量。它會產生靜電吸附，也是造成摩擦地板上的地毯之后接觸到金屬物體會產生火花放電的原因。E電場使無線電、電視、WiFi、藍牙和蜂窩通信成為可能。電流經調制通過天線產生調制E電場向空中發射。這些E電場又會通過接收天線產生電流—解碼為數據、語音或視頻信號—進而進行無線通信。遺憾的是，噪聲的發射也像數據或視頻一樣容易，并被其他天線或用作天線的電子器件接收。這種EMI或噪聲是極不希望產生的，因為會造成通信干擾。
控制EMI
E電場和B磁場會造成器件EMI輻射，需要極力遏制。除采用含有接地層的多層PCB，PCB設計和布局中還采用許多技巧幫助減輕EMI輻射。盡管做出這種的努力，但遏制EMI的唯一解決辦法通常是給PCB電子器件加金屬罩，如圖2所示。這些金屬罩一般接地，俘獲E和B場并對其進行衰減或短路到地，避免器件EMI外漏。
圖2: 用來降低電子器件EMI輻射的金屬屏蔽罩
由于一個或多個線圈能夠集中B磁場并儲存其能量，或將其從一個繞組傳送到另一繞組，如變壓器。所以B磁場會使電感元件產生EMI問題，。線圈越多，B磁場密度越高，對周圍器件產生的EMI影響越嚴重。如果電感或變壓器含有開口磁路，或控制磁飽和的磁芯存在很大間隙，B電場會非常容易地輻射到電感體外部，對周圍器件產生噪聲問題。圖3所示為磁芯電感典型磁通圖。今天介紹的這款電感一般稱為屏蔽電感。屏蔽電感（如復合型Vishay IHLP®系列）線圈繞組完全被磁性材料包裹，可將幾乎所有B磁場抑制在電感內部，顯著降低電感B磁場泄漏產生EMI。
雖然屏蔽電感在抑制B磁場方面很出色，但所有電感都是E電場發射器，無論其結構如何，這種輻射E電場是設計工程師面臨的問題。電感往往是PCB上電流量最高的組件之一，也是產生E電場密度和輻射EMI最大的器件之一。因此，為了降低電感的EMI，設計師需要在PCB上將電感放在金屬屏蔽罩之下，這樣可將其靠近屏蔽范圍內更敏感的器件。為配合電感的使用，金屬屏蔽罩可能還要加大尺寸，這會增加成本并有可能使器件整體尺寸大于預期。
圖3: 磁芯電感開口磁路導致B電場泄漏造成EMI
IHLE – 控制功率電感器E電場輻射的解決方案
Vishay最近推出IHLP電感器頂部帶有集成式電場屏蔽的新型IHLE系列器件 (參見圖4)。
圖4: Vishay新型IHLE電感器采用集成式電場屏蔽減小EMI
集成屏蔽器件外形僅比標準IHLP電感器大0.3mm。IHLE集成屏蔽接地時，在1cm距離，電感輻射電場可減小20dB。
屏蔽采用銅板設計，優化厚度和覆蓋范圍以最大限度衰減電場，同時保持IHLP電感器的緊湊尺寸和性能。屏蔽鍍鎳 (抑制晶須)，外層100%裹錫，便于屏蔽端子焊接PCB接地。屏蔽必須接地才能取得顯著減小電場的效果。
圖5為IHLE與其他電感器的性能對比。圖中顯示同一電路中三種不同電感器輻射強度的測量結果。三種電感器均為1µH，尺寸和額定電流相似。測試電路由DC/DC轉換器組成，工作頻率500kHz，電壓12V in和1.5V out，固定直流負載15A。檢測線圈直接放在電感器上方0 cm至8 cm，測量并記錄電感器輻射電場的感應電壓。
圖中顯示，開口磁路、鼓型磁芯電感器產生的EMI最大，拾波線圈感應到的參考電壓約為3.4mV。IHLP復合電感器本身感應電壓顯著改進，1cm處讀數約為1.0mV。與鐵氧體鼓芯電感器相比，IHLP消除了拾波線圈感應到的大部分B電場，但感應電壓產生一定程度E電場。這種E電場可通過IHLE采用的集成屏蔽進一步減小，最低讀數約為0.28mV。
顯然，IHLE并沒有完全消除E電場和EMI，但與其他電感器解決方案相比取得了顯著降低的效果。IHLE也不能減小其他器件產生的EMI，因此IHLE本身不是EMI單一解決方案，但可以改進功率電感器的輻射EMI。這種改進使設計工程師能夠重新調整功率電感器在PCB上的位置，或在某些情況下取消所需的單獨金屬屏蔽罩。
由于采用四個接頭，在高度沖擊振動情況下，需要進行機械安全性測量時，IHLE比兩接頭IHLP具有更強的抗振性和抗機械沖擊能力。
IHLE目前供貨尺寸為常用4040 (10mm x 10mm x 4.3mm)，具有相同額定電流和DCR的任何標準IHLP4040等效電感值。Vishay計劃2017年發布更加通用規格的IHLE，其中包括5050 (13mm x 13mm)、3232 (8mm x 8mm)、2525 (6.5mm x 6.5mm)、2020 (5mm x 5mm)和1616 (4mm x 4mm)。
圖5: 圖中顯示IHLE感應電動勢低于其他電感器
編按：本文作者 Tim Shafer現任Vishay電感器產品營銷副總裁，具有38年磁材和器件工作經驗。
推薦閱讀：
