磁环选型攻略及EMC整改技巧

news2024/11/17 13:43:14

磁环选型攻略及EMC整改技巧

今天跟大家分享一下磁环选型及应用相关的知识，希望对你有帮助。
本文将从以下四个方面对磁环进行阐述。

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一、磁环的应用场景

首先我们来看几张图片

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图1 显示屏VGA线

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图2 适配器连接线

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图3 USB通信线

这三根线都是我们生活中常见的供电线或通信线，它们都有一个特点，就是连接线上都有很突出的一部分，这突出的部分是什么呢？毫无疑问这就是加的磁环。

磁环是电子产品中常用的抗干扰元件，对于高频噪声有很好的抑制作用。一般使用铁氧体材料（Mn-Zn）制成。

磁环在不同的频率下有不同的阻抗特性，一般在低频时阻抗很小，当信号频率升高时，磁环表现的阻抗急剧升高，在EMC工程设计中，磁环作用显著而被广泛适用。

二、磁环的工作原理

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图4 磁环等效电路

如图4，磁环在应用中的等效电路。L为等效电感，R为线缆的等效直流阻抗，C为绕线之间产生的分布电容，这个分布电容要特别注意，它会降低高频滤波性能。

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图5 磁环的阻抗曲线

如图5，磁环在未饱和的情况下，信号频率越高，其对应的阻抗越高，当频率超过谐振点时，阻抗会呈现下降趋势。

磁环选型

选择在干扰频率下，阻抗较高的磁环
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图6 EMC整改常用的扣式磁环

扣式磁环与铁氧体的最大区别在于它具有很大的损耗，用这种扣式磁环制作的电感，其特性更接近电阻。它是一个电阻值随着频率增加而增加的电阻，当高频信号通过铁氧体磁环时，电磁能量以热的形式耗散掉。

三、磁环的分类

(1)铁氧体磁环

一般锰锌环涂绿色。

铁氧体磁环主要包括镍锌铁氧体磁环和锰锌铁氧体磁环，按磁导率分类：

镍锌铁氧体磁导率在100-1000之间，被称为低导磁环。

锰锌铁氧体磁环材料的磁导率一般在1000以上，被称为高导磁环。

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图7 锰锌铁氧体高导率磁环

镍锌铁氧体磁环一般用于各种线材，电路板端，电脑设备中抗干扰；

锰锌铁氧体磁环，磁导率很大，这种磁环，通常用来绕制共模电感，抑制电源接口低频共模传导干扰。

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图8 共模电感

一般共模电感抑制频段在500K-30M之间，滤波频段要比铁粉芯差模电感高。

通常情况下，材料磁导率越低，适用的频率范围越宽；材料磁导率越高，适用的频率范围越窄。

(2)铁粉芯磁环

铁粉芯环用两色来区分材质，常用有-2(红/透明)、-8(黄/红)、-18(绿/红)、-26(黄/白)及-52(绿/蓝)

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图9 铁粉芯磁环

铁粉芯磁环是由碳基铁磁粉及树脂碳基铁磁粉构成，磁导率很低。磁粉和绝缘材料之间有气隙，一般磁导率在20-100之间。正因为铁粉芯磁环磁导率很低，在差模大电流情况下不容易饱和，所以，常使用铁粉芯磁环绕制差模电感。

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图10 差模电感

铁粉芯差模电感，滤波频段很低，几十几百 KHz，抑制电源线传导差模干扰。

铁粉芯主要应用于电器回路中解决电磁兼容性（EMC）问题。实际应用时，根据不同波段下对滤波要求不同会添加各种不同的其它物质。

(3)铁硅铝磁环

铁硅铝一般全黑。

铁硅铝磁环是使用率较高的磁环之一，简单来说，铁硅铝是由铝-硅-铁组成，拥有相当高的Bmax(Bmax是在磁芯截面积上的平均最大磁通密度。)，它的磁芯损耗远低于铁粉芯及高磁通，有低磁致伸缩（低噪音），是低成本的储能材料，无热老化，可以用于替代铁粉芯，在高温下性能非常稳定。

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图11 铁硅铝磁环

铁硅铝最主要的特点是比起铁粉芯损耗低，具有良好的DC偏流特性。价格不是最高，也不是最低，相较于铁粉芯和铁镍钼之间。

铁硅铝磁粉芯具有优异的磁性能，功率损耗小，磁通密度高，在-55C~+125C温度范围内使用时，具有耐温、耐湿、抗振等高可靠性；

同时，60~160的宽磁导率范围可供选择。是开关电源输出扼流圈、PFC电感及谐振电感的最佳选择，具有较高的性价比。

(4)非晶磁环

非晶磁环是个新产品，目前逐渐在普及。

非晶磁环，一般白色和黑色居多。它有一个显著特征:外壳是塑料外壳。所以也很容易判断，因为非晶磁环是绕带的，必须用塑料外壳包裹保护，否则都成碎渣渣了。

相比锰锌铁氧体磁环，非晶磁环磁导率更高，通常10多K甚至几百K，磁导率非常大。

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图12 非晶磁环

非晶磁环通常用来绕制共模电感，抑制低频传导干扰，相比锰锌铁氧体，非晶磁环虽然贵，但是磁导率大，电感的个头就可以做的比较小，另外，滤波效果也要比锰锌好。

据说可以滤除到几十MHz，已经接近锰锌铁氧体磁环了。所以现在滤波器里面，也在使用非晶磁环做共模电感了！

四、EMC加磁环整改技巧

1、外观选择“尽量长、尽量厚、内径尽量小”的磁环。即磁环越长越好,孔径和所穿过的电缆结合越紧密越好。但在有直流或交流偏置的情况下，还存在铁氧体饱和的问题，抑制元件的横截面积越大，越不易饱和。

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图13 不同内径大小的磁环

2、磁环对电磁波有条件反射的作用，从而减少了信号传送的失真。磁环套用的位置尽量靠近源头的一端（电缆线的进出口），会更加有效的抑制电磁辐射。

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图14 磁环套在源端

3、在抑制高频干扰时,宜选用镍锌铁氧体,抑制低频干扰时用锰锌铁氧体。因为锰锌铁氧体的磁导率在几千至上万,而镍锌铁氧体为几百至上千,磁环铁氧体的磁导率越高,其低频时的阻抗越大,高频时的阻抗越小。

4、怎样避免磁环饱和？当穿过铁氧体的导线中流过较大的电流时，易造成饱和，降低元件的性能。要避免这样情况，可将电源的两根线（正负）同时穿过一个磁环。
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图15 电源的两根线（正负）同时穿过一个磁环

5、低频干扰时，建议线缆绕2—3匝，一方面可提高穿过环的面积，增加等效吸收长度，另一方面充分利用磁环具有磁滞特点,改善低频特性。高频干扰时，不能绕匝（因为实际磁环上存在寄生电容,这个寄生电容与电感并联,但遇到高频干扰信号时,这个寄生电容将磁环的电感短路失去作用。）这时可选用长一点的磁环。

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图16 磁环绕匝

6、匝数绕制小技巧：理论上匝数越多抑制低频干扰效果越好,但是由于寄生电容增加，抑制高频噪声作用较弱（盲目增加匝数来增加衰减量是一个常见的错误）。实际应用中，需要根据信号干扰频率来调整匝数。当干扰频率的频带较宽，可在电缆上套两个磁环,每个磁环绕不同的匝数,这样可以同时抑制高频干扰和低频干扰。也可同时套上镍锌和锰锌铁氧体，这样抑制的干扰频段较宽。

7、磁环易碎，因此在安装的过程中需要进行良好的固定，避免运输过程中的碰撞而导致磁环破裂，我们一般用扎带固定。

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