鐵氧體磁環(huán)的選型及使用方法
發(fā)布時間:2022-08-30 14:04:25吸收磁環(huán),又稱鐵氧體磁環(huán),簡稱磁環(huán)。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(shù)為磁導率μ和飽和磁通密度Bs。?
磁環(huán)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(yōu)點,用鐵氧體抗干擾磁心來抑制電磁干擾(EMI)是經(jīng)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(huán)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(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(huán)就構成了一個共模扼流圈,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(jù)干擾電流的頻率特點來調(diào)整磁環(huán)的匝數(shù)。通常當干擾信號的頻帶較寬時,可在電纜上套兩個磁環(huán),每個磁環(huán)繞不同的匝數(shù),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l(wèi)cm=jwlcm,從公式中不難看出,對于一定頻率的噪聲,磁環(huán)的電感越大越好。但實際情況并非如此,因為實際的磁環(huán)上還有寄生電容,它的存在方式是與電感并聯(lián)。當遇到高頻干擾信號時,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(yōu)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(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)的安裝位置應該盡量靠近干擾源,即應緊靠電纜的進出口。
磁環(huán)的選型及使用方法?
(1)關于匝數(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。實際使用當中磁環(huán)匝數(shù)要根據(jù)干擾電流的頻率特點來調(diào)整。?
當干擾信號頻帶較寬時,可以在電纜上套兩個磁環(huán),每個磁環(huán)繞不同的匝數(shù),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(huán)上存在寄生電容,這個寄生電容與電感并聯(lián),但遇到高頻干擾信號時,這個寄生電容將磁環(huán)的電感短路,失去作用。?
(2)計算?
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?
磁導率也有如下公式:?μ=μo*μr(磁環(huán)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(huán)相對真空的磁導率)?
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(xiàn)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?shù)男盘?。磁環(huán)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(zhuǎn)換成熱量散發(fā)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(nèi)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(huán),為了增加效果,可以在磁環(huán)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。