EMC 磁環(huán)的工作原理及應(yīng)用

磁環(huán)的工作原理及應(yīng)用鐵氧體抗干擾磁心特性鐵氧體抗干擾磁心是近幾年發(fā)展起來(lái)的新型的價(jià)廉物美的干擾抑制器件，其作用相當(dāng)于低通濾波器，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。鐵氧體是一種利用高導(dǎo)磁性材料滲合其他一種或多種鎂、鋅、鎳等金屬在2000燒聚而成，在低頻段，鐵氧體抗干擾磁心呈現(xiàn)出非常低的感性阻抗值，不影響數(shù)據(jù)線或信號(hào)線上有用信號(hào)的傳輸。而在高頻段，從10MHz左右開(kāi)始，阻抗增大，其感抗分量仍保持很小，電阻性分量卻迅速增加，當(dāng)有高頻能量穿過(guò)磁性材料時(shí)，電阻性分量就會(huì)把這些能量轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉。這樣就構(gòu)成一個(gè)低通濾波器，使高頻噪音信號(hào)有大的衰減，而對(duì)低頻有用信號(hào)的阻抗可以忽略，不影響電路的正常工作。EMI 吸收環(huán) / 珠是一種用鐵氧體制成的元件，是一種吸收損耗型元件。其特性表現(xiàn)為：吸收高頻信號(hào)并將吸收的能量轉(zhuǎn)化成熱能耗散掉，從而達(dá)到抑制高頻干擾信號(hào)沿導(dǎo)線傳輸?shù)哪康?，其等效阻抗中電阻值分量是頻率的函數(shù)，隨著頻率而變化。EMI 吸收環(huán) / 珠有效頻段為 2 1000MHz ，性能最佳頻段則為 5 200MHz ，在此頻段吸收阻抗維持為一個(gè)常數(shù)。EMI 吸收環(huán) / 珠選擇時(shí)要注意：通過(guò)電流大小正比于元件體積，兩者失調(diào)，易造成飽和，降低元件性能，避免飽和的有效方法是將電源的兩根線（正、負(fù)或火、地）同時(shí)穿過(guò)一個(gè)磁環(huán)。磁環(huán)在使用中還有一個(gè)較好的方法是讓穿過(guò)磁環(huán)的導(dǎo)線反復(fù)串幾下，一來(lái)可提高穿過(guò)環(huán)的面積，增加等效吸收長(zhǎng)度，二來(lái)充分利用磁環(huán)具有磁滯特點(diǎn)，改善低端特性。它的制造工藝和機(jī)械性能與陶瓷相似。其電磁性能與添加金屬成分以及燒結(jié)過(guò)程中的時(shí)間，溫度與氣體成分有關(guān)。分裝式磁環(huán),要盡可能選用內(nèi)徑較小的，長(zhǎng)度較長(zhǎng)的磁環(huán)，同時(shí)，磁環(huán)一定要緊緊包住電纜，即磁環(huán)的內(nèi)徑尺寸要與電纜的外徑尺寸緊密配合。為什么要設(shè)置抗干擾磁環(huán)？電腦機(jī)箱內(nèi)的主板、CPU、電源、及IDE數(shù)據(jù)線都工作于很高的頻率狀態(tài)下，所以導(dǎo)致機(jī)箱里存在著大量的空間雜散電磁干擾信號(hào)，而信號(hào)強(qiáng)度也是機(jī)箱外的數(shù)倍至數(shù)十倍！吸收磁環(huán)，又稱鐵氧體磁環(huán)，常用于可拆卸的分離式磁環(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（MnZn）制成。磁環(huán)在不同的頻率下有不同的阻抗特性，一般在低頻時(shí)阻抗很小，當(dāng)信號(hào)頻率升高磁環(huán)表現(xiàn)的阻抗急劇升高。使正常有用的信號(hào)很好的通過(guò)，又能很好的抑制高頻干擾信號(hào)的通過(guò)，而且成本低廉。鐵氧體是一種立方晶格結(jié)構(gòu)的亞鐵磁性材料。鐵氧體材料為鐵鎂合金或鐵鎳合金，它的制造工藝和機(jī)械性能與陶瓷相似，顏色為灰黑色。電磁干擾濾波器中經(jīng)常使用的一類磁芯就是鐵氧體材料，許多廠商都提供專門用于電磁干擾抑制的鐵氧體材料。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，他可以是電感的線圈繞組之間在高頻高阻的情況下產(chǎn)生的電容最小。對(duì)于抑制電磁干擾用的鐵氧體，最重要的性能參數(shù)為磁導(dǎo)率和飽和磁通密度Bs。磁導(dǎo)率可以表示為復(fù)數(shù)，實(shí)數(shù)部分構(gòu)成電感，虛數(shù)部分代表?yè)p耗，隨著頻率的增加而增加。因此，它的等效電路為由電感L和電阻R組成的串聯(lián)電路，L和R都是頻率的函數(shù)。當(dāng)導(dǎo)線穿過(guò)這種鐵氧體磁芯時(shí)，所構(gòu)成的電感阻抗在形式上是隨著頻率的升高而增加，但是在不同頻率時(shí)其機(jī)理是完全不同的。不同的鐵氧體抑制元件，有不同的最佳抑制頻率范圍。通常磁導(dǎo)率越高，抑制的頻率就越低。此外，鐵氧體的體積越大，抑制效果越好。在體積一定時(shí)，長(zhǎng)而細(xì)的形狀比短而粗的抑制效果好，內(nèi)徑越小抑制效果也越好。但在有直流或交流偏流的情況下，還存在鐵氧體飽和的問(wèn)題，抑制元件橫截面越大，越不易飽和，可承受的偏流越大。EMI吸收磁環(huán)/磁珠抑制差模干擾時(shí)，通過(guò)它的電流值正比于其體積，兩者失調(diào)造成飽和，降低了元件性能；抑制共模干擾時(shí)，將電源的兩根線（正負(fù)）同時(shí)穿過(guò)一個(gè)磁環(huán)，有效信號(hào)為差模信號(hào)，EMI吸收磁環(huán)/磁珠對(duì)其沒(méi)有任何影響，而對(duì)于共模信號(hào)則會(huì)表現(xiàn)出較大的電感量。磁環(huán)的使用中還有一個(gè)較好的方法是讓穿過(guò)的磁環(huán)的導(dǎo)線反復(fù)繞幾下，以增加電感量?？梢愿鶕?jù)它對(duì)電磁干擾的抑制原理，合理使用它的抑制作用。鐵氧體抑制元件應(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)盡量靠近屏蔽殼的進(jìn)、出口處。對(duì)鐵氧體磁環(huán)和磁珠構(gòu)成的吸收濾波器，除了應(yīng)選用高磁導(dǎo)率的有耗材料外，還要注意它的應(yīng)用場(chǎng)合。它們?cè)诰€路中對(duì)高頻成分所呈現(xiàn)的電阻大約是十至幾百，因此它在高阻抗電路中的作用并不明顯，相反，在低阻抗電路（如功率分配、電源或射頻電路）中使用將非常有效。結(jié)論:由于鐵氧體可以衰減較高頻同時(shí)讓較低頻幾乎無(wú)阻礙地通過(guò)，故在EMI控制中得到了廣泛地應(yīng)用。用于EMI吸收的磁環(huán)/磁珠可制成各種的形狀，廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合。如在PCB板上，可加在DC/DC模塊、數(shù)據(jù)線、電源線等處。它吸收所在線路上高頻干擾信號(hào)，但卻不會(huì)在系統(tǒng)中產(chǎn)生新的零極點(diǎn)，不會(huì)破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。簡(jiǎn)介吸收磁環(huán)磁環(huán)的匝數(shù)選擇 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（MnZn）制成。 磁環(huán)在不同的頻率下有不同的阻抗特性，一般在低頻時(shí)阻抗很小，當(dāng)信號(hào)頻率升高磁環(huán)表現(xiàn)的阻抗急劇升高。 大家都知道，信號(hào)頻率越高，越容易輻射出去（要買優(yōu)質(zhì)的電腦機(jī)箱也是要減小電磁泄漏），而一般的信號(hào)線都是沒(méi)有屏蔽層的，那么這些信號(hào)線就成了很 好的天線，接收周圍環(huán)境中各種雜亂的高頻信號(hào)，而這些信號(hào)疊加在本來(lái)傳輸?shù)男盘?hào)上，甚至?xí)淖冊(cè)瓉?lái)傳輸?shù)挠杏眯盘?hào)。那么在磁環(huán)作用下，使正常有用的信號(hào)很好的通過(guò)，又能很好的抑制高頻干擾信號(hào)的通過(guò)，而且成本低廉。 所以大家在顯示器信號(hào)線，USB連接線，甚至高檔鍵盤、鼠標(biāo)上看的塑料疙瘩型的一體式磁環(huán)就不足為奇了。磁環(huán)的匝數(shù)選擇 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Lcm=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。開(kāi)關(guān)電源EMI整改中，關(guān)于不同頻段干擾原因及抑制辦法：1MHZ以內(nèi)-以差模干擾為主1.增大X電容量；2.添加差模電感；3.小功率電源可采用PI型濾波器處理(建議靠近變壓器的電解電容可選用較大些)。1MHZ-5MHZ-差模共模混合，采用輸入端并聯(lián)一系列X電容來(lái)濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標(biāo)并以解決，1.對(duì)于差模干擾超標(biāo)可調(diào)整X電容量,添加差模電感器，調(diào)差模電感量;2.對(duì)于共模干擾超標(biāo)可添加共模電感,選用合理的電感量來(lái)抑制；3.也可改變整流二極管特性來(lái)處理一對(duì)快速二極管如FR107一對(duì)普通整流二極管1N4007。5M-以上以共摸干擾為主，采用抑制共摸的方法。對(duì)于外殼接地的，在地線上用一個(gè)磁環(huán)串繞2-3圈會(huì)對(duì)10MHZ以上干擾有較大的衰減作用;可選擇緊貼變壓器的鐵芯粘銅箔, 銅箔閉環(huán).處理后端輸出整流管的吸收電路和初級(jí)大電路并聯(lián)電容的大小。對(duì)于20-30MHZ，1.對(duì)于一類產(chǎn)品可以采用調(diào)整對(duì)地Y2電容量或改變Y2電容位置；2.調(diào)整一二次側(cè)間的Y1電容位置及參數(shù)值；3.在變壓器外面包銅箔；變壓器最里層加屏蔽層；調(diào)整變壓器的各繞組的排布。4.改變PCB LAYOUT；5.輸出線前面接一個(gè)雙線并繞的小共模電感；6.在輸出整流管兩端并聯(lián)RC濾波器且調(diào)整合理的參數(shù)；7.在變壓器與MOSFET之間加BEAD CORE；8.在變壓器的輸入電壓腳加一個(gè)小電容。9. 可以用增大MOS驅(qū)動(dòng)電阻.30-50MHZ 普遍是MOS管高速開(kāi)通關(guān)斷引起，1.可以用增大MOS驅(qū)動(dòng)電阻；2.RCD緩沖電路采用1N4007慢管；3.VCC供電電壓用1N4007慢管來(lái)解決；4.或者輸出線前端串接一個(gè)雙線并繞的小共模電感；5.在MOSFET的D-S腳并聯(lián)一個(gè)小吸收電路；6.在變壓器與MOSFET之間加BEAD CORE；7.在變壓器的輸入電壓腳加一個(gè)小電容；8.PCB心LAYOUT時(shí)大電解電容，變壓器，MOS構(gòu)成的電路環(huán)盡可能的小；9.變壓器，輸出二極管，輸出平波電解電容構(gòu)成的電路環(huán)盡可能的小。50-100MHZ 普遍是輸出整流管反向恢復(fù)電流引起，1.可以在整流管上串磁珠；2.調(diào)整輸出整流管的吸收電路參數(shù)；3.可改變一二次側(cè)跨接Y電容支路的阻抗,如PIN腳處加BEAD CORE或串接適當(dāng)?shù)碾娮瑁?.也可改變MOSFET，輸出整流二極管的本體向空間的輻射（如鐵夾卡MOSFET; 鐵夾卡DIODE，改變散