一前言
磁環(huán)在EMC領(lǐng)域內(nèi),是一個“萬能鑰匙”,不論是在EMI還是EMS遇到解決不了問題,都會下意識的想到加“磁環(huán)”。雖然現(xiàn)在一些標(biāo)準(zhǔn)里面不允許使用磁環(huán),但是磁環(huán)在解決EMC問題的效果,深得EMC工程師的青睞。磁環(huán)的分類有很多,按外觀分有白色、綠色、天藍(lán)色、黑色,按頻率段分有低頻、中頻、高頻,按尺寸分有小尺寸、常規(guī)尺寸、大尺寸……那么磁環(huán)在使用的過程中,到底怎么選,才是最適合設(shè)備當(dāng)前狀況的?(下面是一些個人的經(jīng)驗所談。)
二磁環(huán)的原理
理解磁環(huán)工作原理之前,需要先理解繞線電感的工作原理。比較常見的電感,一般都是由導(dǎo)線在一個導(dǎo)磁材料上,一圈一圈的繞制而成。電感的在電路中體現(xiàn)出來的特性是,(理想狀態(tài)下)當(dāng)頻率F越高的時候,電路的感抗ZL會越大(ZL=2πF*L),對電路中的高頻信號的阻礙作用越強。
磁環(huán)在實際使用過程中,與繞線電感的形狀十分相似,且磁環(huán)的工作原理與繞線電感的工作原理也十分接近,只是兩者針對的對象不一樣。繞線電感一般只纏繞了一根銅絲,而磁環(huán)讓纏繞的是一股線束;電感抑制的是某一路單獨的信號,而磁環(huán)抑制的是某一股線束的信號;電感一般抑制的差模信號,而磁環(huán)一般抑制的是共模信號。
三磁環(huán)的選型
網(wǎng)絡(luò)上一般把磁環(huán)分為錳鋅、鎳鋅、非晶……等材質(zhì)類別的,其中錳鋅鐵氧體磁環(huán)材料的磁導(dǎo)率通常達(dá)1000以上,因此錳鋅材料生產(chǎn)的磁環(huán)被稱作高導(dǎo)磁環(huán)。而鎳鋅鐵氧體磁環(huán)材料的磁導(dǎo)率從15-2000不等均有應(yīng)用,常用的材料是鎳鋅鐵氧體磁導(dǎo)率范圍為100-1000,根據(jù)磁導(dǎo)率分類,分為低磁導(dǎo)率材料。因此在使用的時候,可以根據(jù)具體的需求去進(jìn)行選取,錳鋅鐵氧體磁環(huán)一般呈現(xiàn)為深灰色,外層沒有涂漆;鎳鋅鐵氧體磁環(huán)一般都會在表層涂有不同顏色的涂料;非晶鐵氧體磁環(huán)因為內(nèi)部材質(zhì)是非晶容易碎,采用的是塑膠外殼。
磁環(huán)的不同尺寸怎么選擇了?可以借鑒磁環(huán)電感感量L的計算公式,LH=uAN/L1(LH為電感感量,u為磁導(dǎo)率,A為磁環(huán)的截面積大小,N為線圈匝數(shù),L1為線圈繞制的長度。)在電路其他參數(shù)不變的情況下,同一種磁導(dǎo)率材質(zhì)的磁環(huán),磁環(huán)本身長度一至的時候,磁環(huán)的有效截面積越大,濾波效果越好。反之,磁環(huán)的有效截面積不變的情況,磁環(huán)的長度越長,濾波效果也會越好。除了上述的方法,還可以去查磁環(huán)的規(guī)格書,去看生產(chǎn)廠商提供的磁環(huán)濾波頻率曲線來進(jìn)行選擇,合適的磁環(huán)。
故在選擇磁環(huán)的時候,首先需要確定磁環(huán)的材質(zhì),其次需要確定抑制的頻率段,再根據(jù)線徑的粗細(xì)來確定磁環(huán)的厚度以及長度。
四磁環(huán)的使用
磁環(huán)的使用不難,但是工程師在使用的過程中,往往沒有注意一些細(xì)節(jié),并沒有把磁環(huán)的效果最大化。部分工程師經(jīng)常會犯這樣的錯誤:①將磁環(huán)套在線束的中間部分;②磁環(huán)直接串在線束上不進(jìn)行繞制;③隨手拿一個磁環(huán)就用;④一個不夠多套幾個……
例上左圖中的磁環(huán)使用情況,因為客戶的輻射問題是由PCB板引起,通過USB線束輻射發(fā)射出來,那么在使用磁環(huán)的時候,需要在靠近USB頭的位置(圖中①處),將線束纏繞兩圈(圖中②處),來抑制USB線束上的輻射發(fā)射。而非像上右圖中一樣在線束上,隨意的選擇一個位置,將磁環(huán)串在線束上,這樣的使用并不能將磁環(huán)的抑制效果發(fā)揮出來。
磁環(huán)在使用的過程中,需要先確定抑制的頻率點或者頻率段來選擇磁環(huán)的材質(zhì),根據(jù)被套磁環(huán)線束的粗細(xì)來選擇磁環(huán)的尺寸大小,再根據(jù)設(shè)備干擾的來源確定磁環(huán)的使用位置,最后將線束在磁環(huán)上纏繞兩圈,確保磁環(huán)的抑制效果達(dá)到最佳狀態(tài)。
五總結(jié)
磁環(huán)好用但要用對,對的材質(zhì)、對的頻率、對的位置、對的用法才能解決對應(yīng)的問題!
(希望能解決部分工程師面對磁環(huán)不知道怎么選擇和使用的困惑!)
編輯:何安
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原文標(biāo)題:工程師最愛的“戒指”
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