磁环选型攻略及EMC整改技巧

大家好,我是蜗牛兄。今天跟大家分享一些磁环选型及应用的相关知识,希望对你有所帮助。本文将从以下四个方面对磁环进行阐述。

一、磁环的应用场景

首先我们来看几张图片

图1 显示屏VGA线

图2 适配器连接线

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

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。

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。

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。

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。

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)

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。

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。

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。

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

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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。

图13 不同内径大小的磁环

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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。

图14 磁环套在源端

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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。

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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。

图15 电源的两根线(正负)同时穿过一个磁环

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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。

图16 磁环绕匝

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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。

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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。

图17 扎带固定(然后将磁环固定在设备上)

最后,磁环只是EMC整改中常用的元件,用来查找问题所在,在必要时才使用。尽量在设计时加电容电感,从源头将干扰消除。什么都不用加最好。

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  • dy-AmQ71nYZ 1星期前
    EMC
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  • zdhyang123 2星期前
    EMC
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  • chenshoulei 2星期前
    EMC
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  • 肖烈泉 2星期前
    EMC
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  • yqjwy_2008 2星期前
    EMC
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  • hdclan 2星期前
    不错!
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  • tangtangtang 3星期前
    EMC
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