EMC专题16-镍锌铁氧体磁环的原理和应用

EMC专题16-镍锌铁氧体磁环的原理和应用

镍锌铁氧体磁环

1、镍铁锌铁氧体磁环的原理

电感器和电容器是反射滤波装置。

磁环是一种吸收损耗滤波装置，将干扰以热量的形式耗散。在低频段，磁环呈现较低的感性阻抗值，不影响数据线或信号线上有用信号的传播。在高频阶段，阻抗增大，感性分量仍很小，阻性分量迅速增大。

1.1磁环的频率阻抗特性

如图：横轴为频率，纵轴为阻抗，X为电感分量，R为阻抗分量，Z为总阻抗。

在低频时，磁环的阻抗主要为电感的感抗，在40M以下，感抗达到最大。

随着频率的增加，当大于40M时，感抗减小，电阻分量增大，所以在高频时，磁环表现为一个电阻器。当高频能量通过磁性材料时，电阻分量会把这个能量转换成热能并耗散掉。这就是磁环滤波的原理。

1.2磁环的选择

从EMC角度来说，和信号口共模电感一样，主要考虑100M时的阻抗值，下图是厂家给出的磁环型号规格，实际选型时还是以频率阻抗特性图为主，也就是在干扰频点，磁环的阻抗越高越好。

1.3 为什么加了磁环不起作用？

主要有四个方面：

① 不是通过电缆辐射的，加磁环也没用。

磁环是用来抑制辐射的，对于整机的辐射，有两个途径，一个是机箱的辐射，一个是整机I/O排线的辐射，如果是机箱的辐射，在排线上加磁环肯定是没用的。

②磁环选择的频率不对，磁环选择的频段不对

电磁干扰的频带很宽，我们一般采用镍锌铁氧体磁环，磁环有高频和低频之分，如果滤波器的干扰频率较高，就选用低频磁环，此时磁环的高频阻抗较小，起不到滤波效果。

③无干扰源加载

比如电源板的干扰，在机箱内部，从单板到I/O接口有一条很长的跳线，此时如果在I/O接口处进行滤波，效果不太可能会很好，因为磁环距离干扰源太远，或者说两个设备之间的互连电缆，磁环卡在了电缆中间，原因是一样的，起不到滤波效果。

④加磁环后，电缆阻抗无变化

例如，如果电缆上已经有一个磁环，那么再添加一个可能就没用了。

磁环的滤波原理就是在干扰频率处有较高的阻抗。如果加了磁环的电缆内部有好几个磁环，那么在外面加磁环基本可以保持阻抗不变，没有影响。比如1000Ω的电缆阻抗就已经很高了，再加100Ω基本不会有太大变化。

1.4高频磁环与低频磁环

低频磁环如下图：100M之前，阻抗比较好，有很好的滤波效果，100M之后，分布参数起作用，阻抗下降，滤波效果变差。

高频磁环如下图：此磁环只有在100M以后才有高阻抗，在低频下基本没有滤波作用。

1.5 关于磁环的几个问题

①问题1：磁环安装在电缆的什么位置？

磁环安装的位置不同，其抑制干扰的效果也会不同，磁环应该安装在干扰源的位置，或者产生干扰的地方，防止干扰耦合到其他地方，使磁环失效。

②问题2：某设备有两个辐射点超标，一个是40M，一个是900M。经检查，确认是电缆共模辐射引起的。在电缆上套上小磁环（1/2圈），900M降低，不再超标，但40M超标。将电缆绕3圈，40M干扰降低，不再超标，但90M超标。如何处理？

在电缆上加两个磁环，其中一个直接穿过，用于抑制90M超标干扰，另一个磁环绕三圈，用于抑制40M超标频点，两个磁环串在互相靠近的位置。

③问题3：电缆加磁环时，如L、N、PE等，应该加在单根线上还是加在整根线束上？

当整束电缆上加装磁环时，不仅有磁环本身的阻抗，还有电缆间的互感，在需要抑制的频带内阻抗较高。

④问题4：磁环是长而细好还是短而粗好？

如果磁环靠近电缆，空气磁导率影响不大，如果又细又长，阻抗就会很大。

⑤问题5：同样材质、同样形状的磁环，闭口磁环好还是夹式磁环好？

闭式磁环较好。磁环滤波原理是高阻抗，夹式磁环内有气隙，空气磁导率低，所以整体阻抗没有闭式磁环阻抗高。

⑥问题6：磁环越多越好吗？绕线圈数越多越好吗？

磁环数量较多，可以提高低频阻抗，但随着数量的增多，分布电容也增大，滤波频带下降。

磁环圈数越多，低频阻抗越高；磁环圈数越多，分布电容越大，高频阻抗越低。