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      鐵氧體磁環的選型及使用方法

      發布時間:2022-08-30 14:04:25

        吸收磁環,又稱鐵氧體磁環,簡稱磁環。它是電子電路中常用的抗干擾元件,對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。這種材料的特點是高頻損耗非常大,具有很高的導磁率,最重要的參數為磁導率μ和飽和磁通密度Bs。?

        磁環較好地解決了電源線,信號線和連接器的高頻干擾抑制問題,而且具有使用簡單,方便,有效,占用空間不大等一系列優點,用鐵氧體抗干擾磁心來抑制電磁干擾(EMI)是經濟簡便而有效的方法,已廣泛應用于計算機等各種軍用或民用電子設備。

        磁環的選擇

        我們平時在電子設備的電源線或信號線一端或者兩端看到的磁環就是共模扼流圈。共模扼流圈能夠對共模干擾電流形成較大的阻抗,而對差模信號沒有影響(工作信號為差模信號),因此使用簡單而不用考慮信號失真問題。并且共模扼流圈不需要接地,可以直接加到電纜上。

        將整束電纜穿過一個鐵氧體磁環就構成了一個共模扼流圈,根據需要,也可以將電纜在磁環上面繞幾匝。匝數越多,對頻率較低的干擾抑制效果越好,而對頻率較高的噪聲抑制作用較弱。在實際工程中,要根據干擾電流的頻率特點來調整磁環的匝數。通常當干擾信號的頻帶較寬時,可在電纜上套兩個磁環,每個磁環繞不同的匝數,這樣可以同時抑制高頻干擾和低頻干擾。從共模扼流圈作用的機理上看,其阻抗越大,對干擾抑制效果越明顯。而共模扼流圈的阻抗來自共模電感lcm=jwlcm,從公式中不難看出,對于一定頻率的噪聲,磁環的電感越大越好。但實際情況并非如此,因為實際的磁環上還有寄生電容,它的存在方式是與電感并聯。當遇到高頻干擾信號時,電容的容抗較小,將磁環的電感短路,從而使共模扼流圈失去作用。

        根據干擾信號的頻率特點可以選用鎳鋅鐵氧體或錳鋅鐵氧體,前者的高頻特性優于后者。錳鋅鐵氧體的磁導率在幾千---上萬,而鎳鋅鐵氧體為幾百---上千。鐵氧體的磁導率越高,其低頻時的阻抗越大,高頻時的阻抗越小。所以,在抑制高頻干擾時,宜選用鎳鋅鐵氧體;反之則用錳鋅鐵氧體?;蛟谕皇娎|上同時套上錳鋅和鎳鋅鐵氧體,這樣可以抑制的干擾頻段較寬。

        磁環的內外徑差值越大,縱向高度越大,其阻抗也就越大,但磁環內徑一定要緊包電纜,避免漏磁。

        磁環的安裝位置應該盡量靠近干擾源,即應緊靠電纜的進出口。

      磁環.png

        磁環的選型及使用方法?

        (1)關于匝數?

        匝數越多,抑制低頻干擾效果越好,抑制高頻噪聲作用較弱。實際使用當中磁環匝數要根據干擾電流的頻率特點來調整。?

        當干擾信號頻帶較寬時,可以在電纜上套兩個磁環,每個磁環繞不同的匝數,這樣可以同時一種高頻干擾和低頻干擾。并不是阻抗越大,對干擾信號的抑制效果越好,因為實際磁環上存在寄生電容,這個寄生電容與電感并聯,但遇到高頻干擾信號時,這個寄生電容將磁環的電感短路,失去作用。?

        (2)計算?

        物理部分(磁環酷似空心圓柱):????????截面積:A?=?(OD-ID)*HT/2???????(cm2)?

        平均(有效)磁路長度:l?=?(OD-ID)*π*2?/?2???(cm)?內部體積: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?磁導率:μ?=?B/H?

        變量解釋:?

        OD:磁環外徑??cm?ID:磁環內勁???cm?HT:磁環高度??cm?I:電流?E:電壓?

        磁導率也有如下公式:?μ=μo*μr(磁環磁導率)?

        其中μo是真空中的磁導率4∏*10-7?H/m,?μr=?47?H/m(磁環相對真空的磁導率)?

        一般給的參數為電感系數AL,可以根據公式AL?=?L?/?N2來求出電感?

        磁環使用方法:

        不同頻率下磁環有不同的阻抗特性,一般低頻是阻抗很小,高頻時阻抗急劇升高。信號頻率越高,磁場越容易輻射出去,一般信號線是沒有屏蔽的,比如現在我所用的CAN總線,這些信號線就成了完美的天線,這個天線不停的接收周圍的高頻信號,這些信號的疊加改變了實際要傳輸的信號。磁環可以很好的通過有用的信號,同時抑制高頻的干擾信號。在高頻段(大于10MHz),感抗仍然保持很小,而阻抗很大,使得高頻信號的能量穿過磁性材料時,轉換成熱量散發出去,從阻礙了高頻信號的通過,抑制了高頻信號的干擾。通常最佳抑制頻率范圍跟鐵氧體抑制元件有關,通常磁導率越高,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,長而細的比短而粗的抑制效果好內勁越小抑制效果也越好。?抑制共模信號干擾時,可以將信號(連根差分信號線)或電源線(正負線)同時穿過磁環,為了增加效果,可以在磁環上對稱的繞幾圈,增加電感量,增強對共模信號的吸收效果,但是對差摸信號沒有影響。元件應當安裝在靠近干擾源的地方,對于輸入輸出電路,應盡量靠近屏蔽盒的進出口出。


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