吸收磁環(huán),又稱鐵氧體磁環(huán),簡(jiǎn)稱磁環(huán)。它是電子電路中常用的抗干擾元件,對(duì)于高頻噪聲有很好的抑制作用,一般使用鐵氧體材料(Mn-Zn)制成。這種材料的特點(diǎn)是高頻損耗非常大,具有很高的導(dǎo)磁率,最重要的參數(shù)為磁導(dǎo)率μ和飽和磁通密度Bs。?
磁環(huán)較好地解決了電源線,信號(hào)線和連接器的高頻干擾抑制問(wèn)題,而且具有使用簡(jiǎn)單,方便,有效,占用空間不大等一系列優(yōu)點(diǎn),用鐵氧體抗干擾磁心來(lái)抑制電磁干擾(EMI)是經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便而有效的方法,已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)等各種軍用或民用電子設(shè)備。
磁環(huán)的選擇
我們平時(shí)在電子設(shè)備的電源線或信號(hào)線一端或者兩端看到的磁環(huán)就是共模扼流圈。共模扼流圈能夠?qū)材8蓴_電流形成較大的阻抗,而對(duì)差模信號(hào)沒有影響(工作信號(hào)為差模信號(hào)),因此使用簡(jiǎn)單而不用考慮信號(hào)失真問(wèn)題。并且共模扼流圈不需要接地,可以直接加到電纜上。
將整束電纜穿過(guò)一個(gè)鐵氧體磁環(huán)就構(gòu)成了一個(gè)共模扼流圈,根據(jù)需要,也可以將電纜在磁環(huán)上面繞幾匝。匝數(shù)越多,對(duì)頻率較低的干擾抑制效果越好,而對(duì)頻率較高的噪聲抑制作用較弱。在實(shí)際工程中,要根據(jù)干擾電流的頻率特點(diǎn)來(lái)調(diào)整磁環(huán)的匝數(shù)。通常當(dāng)干擾信號(hào)的頻帶較寬時(shí),可在電纜上套兩個(gè)磁環(huán),每個(gè)磁環(huán)繞不同的匝數(shù),這樣可以同時(shí)抑制高頻干擾和低頻干擾。從共模扼流圈作用的機(jī)理上看,其阻抗越大,對(duì)干擾抑制效果越明顯。而共模扼流圈的阻抗來(lái)自共模電感l(wèi)cm=jwlcm,從公式中不難看出,對(duì)于一定頻率的噪聲,磁環(huán)的電感越大越好。但實(shí)際情況并非如此,因?yàn)閷?shí)際的磁環(huán)上還有寄生電容,它的存在方式是與電感并聯(lián)。當(dāng)遇到高頻干擾信號(hào)時(shí),電容的容抗較小,將磁環(huán)的電感短路,從而使共模扼流圈失去作用。
根據(jù)干擾信號(hào)的頻率特點(diǎn)可以選用鎳鋅鐵氧體或錳鋅鐵氧體,前者的高頻特性優(yōu)于后者。錳鋅鐵氧體的磁導(dǎo)率在幾千---上萬(wàn),而鎳鋅鐵氧體為幾百---上千。鐵氧體的磁導(dǎo)率越高,其低頻時(shí)的阻抗越大,高頻時(shí)的阻抗越小。所以,在抑制高頻干擾時(shí),宜選用鎳鋅鐵氧體;反之則用錳鋅鐵氧體?;蛟谕皇娎|上同時(shí)套上錳鋅和鎳鋅鐵氧體,這樣可以抑制的干擾頻段較寬。
磁環(huán)的內(nèi)外徑差值越大,縱向高度越大,其阻抗也就越大,但磁環(huán)內(nèi)徑一定要緊包電纜,避免漏磁。
磁環(huán)的安裝位置應(yīng)該盡量靠近干擾源,即應(yīng)緊靠電纜的進(jìn)出口。
磁環(huán)的選型及使用方法?
(1)關(guān)于匝數(shù)?
匝數(shù)越多,抑制低頻干擾效果越好,抑制高頻噪聲作用較弱。實(shí)際使用當(dāng)中磁環(huán)匝數(shù)要根據(jù)干擾電流的頻率特點(diǎn)來(lái)調(diào)整。?
當(dāng)干擾信號(hào)頻帶較寬時(shí),可以在電纜上套兩個(gè)磁環(huán),每個(gè)磁環(huán)繞不同的匝數(shù),這樣可以同時(shí)一種高頻干擾和低頻干擾。并不是阻抗越大,對(duì)干擾信號(hào)的抑制效果越好,因?yàn)閷?shí)際磁環(huán)上存在寄生電容,這個(gè)寄生電容與電感并聯(lián),但遇到高頻干擾信號(hào)時(shí),這個(gè)寄生電容將磁環(huán)的電感短路,失去作用。?
(2)計(jì)算?
物理部分(磁環(huán)酷似空心圓柱):????????截面積:A?=?(OD-ID)*HT/2???????(cm2)?
平均(有效)磁路長(zhǎng)度:l?=?(OD-ID)*π*2?/?2???(cm)?內(nèi)部體積:V?=?A?*l????????????????(cm3)?
電磁部分:?
電感:L?=?(μ*4π*N2*A*10-2)?/?l??????(μH)?最大磁通量:B?=?E?*?108?/(N*A)?磁力:H?=?4*π*N*I/l?磁導(dǎo)率:μ?=?B/H?
變量解釋:?
OD:磁環(huán)外徑??cm?ID:磁環(huán)內(nèi)勁???cm?HT:磁環(huán)高度??cm?I:電流?E:電壓?
磁導(dǎo)率也有如下公式:?μ=μo*μr(磁環(huán)磁導(dǎo)率)?
其中μo是真空中的磁導(dǎo)率4∏*10-7?H/m,?μr=?47?H/m(磁環(huán)相對(duì)真空的磁導(dǎo)率)?
一般給的參數(shù)為電感系數(shù)AL,可以根據(jù)公式AL?=?L?/?N2來(lái)求出電感?
磁環(huán)使用方法:
不同頻率下磁環(huán)有不同的阻抗特性,一般低頻是阻抗很小,高頻時(shí)阻抗急劇升高。信號(hào)頻率越高,磁場(chǎng)越容易輻射出去,一般信號(hào)線是沒有屏蔽的,比如現(xiàn)在我所用的CAN總線,這些信號(hào)線就成了完美的天線,這個(gè)天線不停的接收周圍的高頻信號(hào),這些信號(hào)的疊加改變了實(shí)際要傳輸?shù)男盘?hào)。磁環(huán)可以很好的通過(guò)有用的信號(hào),同時(shí)抑制高頻的干擾信號(hào)。在高頻段(大于10MHz),感抗仍然保持很小,而阻抗很大,使得高頻信號(hào)的能量穿過(guò)磁性材料時(shí),轉(zhuǎn)換成熱量散發(fā)出去,從阻礙了高頻信號(hào)的通過(guò),抑制了高頻信號(hào)的干擾。通常最佳抑制頻率范圍跟鐵氧體抑制元件有關(guān),通常磁導(dǎo)率越高,抑制頻率越低,鐵氧體體積越大,抑制效果也越好,體積一定時(shí),長(zhǎng)而細(xì)的比短而粗的抑制效果好內(nèi)勁越小抑制效果也越好。?抑制共模信號(hào)干擾時(shí),可以將信號(hào)(連根差分信號(hào)線)或電源線(正負(fù)線)同時(shí)穿過(guò)磁環(huán),為了增加效果,可以在磁環(huán)上對(duì)稱的繞幾圈,增加電感量,增強(qiáng)對(duì)共模信號(hào)的吸收效果,但是對(duì)差摸信號(hào)沒有影響。元件應(yīng)當(dāng)安裝在靠近干擾源的地方,對(duì)于輸入輸出電路,應(yīng)盡量靠近屏蔽盒的進(jìn)出口出。