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磁环在EMC领域内,是一个“万能钥匙”,不论是在EMI还是EMS遇到解决不了问题,都会下意识的想到加“磁环”。虽然现在一些标准里面不允许使用磁环,但是磁环在解决EMC问题的效果,深得EMC工程师的青睐。磁环的分类有很多,按外观分有白色、绿色、天蓝色、黑色,按频率段分有低频、中频、高频,按尺寸分有小尺寸、常规尺寸、大尺寸……那么磁环在使用的过程中,到底怎么选,才是最适合设备当前状况的?(下面是一些个人的经验所谈。)
二磁环的原理
理解磁环工作原理之前,需要先理解绕线电感的工作原理。比较常见的电感,一般都是由导线在一个导磁材料上,一圈一圈的绕制而成。电感的在电路中体现出来的特性是,(理想状态下)当频率F越高的时候,电路的感抗ZL会越大(ZL=2πF*L),对电路中的高频信号的阻碍作用越强。
磁环在实际使用过程中,与绕线电感的形状十分相似,且磁环的工作原理与绕线电感的工作原理也十分接近,只是两者针对的对象不一样。绕线电感一般只缠绕了一根铜丝,而磁环让缠绕的是一股线束;电感抑制的是某一路单独的信号,而磁环抑制的是某一股线束的信号;电感一般抑制的差模信号,而磁环一般抑制的是共模信号。
三磁环的选型
网络上一般把磁环分为锰锌、镍锌、非晶……等材质类别的,其中锰锌铁氧体磁环材料的磁导率通常达1000以上,因此锰锌材料生产的磁环被称作高导磁环。而镍锌铁氧体磁环材料的磁导率从15-2000不等均有应用,常用的材料是镍锌铁氧体磁导率范围为100-1000,根据磁导率分类,分为低磁导率材料。因此在使用的时候,可以根据具体的需求去进行选取,锰锌铁氧体磁环一般呈现为深灰色,外层没有涂漆;镍锌铁氧体磁环一般都会在表层涂有不同颜色的涂料;非晶铁氧体磁环因为内部材质是非晶容易碎,采用的是塑胶外壳。
磁环的不同尺寸怎么选择了?可以借鉴磁环电感感量L的计算公式,LH=uAN/L1(LH为电感感量,u为磁导率,A为磁环的截面积大小,N为线圈匝数,L1为线圈绕制的长度。)在电路其他参数不变的情况下,同一种磁导率材质的磁环,磁环本身长度一至的时候,磁环的有效截面积越大,滤波效果越好。反之,磁环的有效截面积不变的情况,磁环的长度越长,滤波效果也会越好。除了上述的方法,还可以去查磁环的规格书,去看生产厂商提供的磁环滤波频率曲线来进行选择,合适的磁环。
故在选择磁环的时候,首先需要确定磁环的材质,其次需要确定抑制的频率段,再根据线径的粗细来确定磁环的厚度以及长度。
四磁环的使用
磁环的使用不难,但是工程师在使用的过程中,往往没有注意一些细节,并没有把磁环的效果最大化。部分工程师经常会犯这样的错误:①将磁环套在线束的中间部分;②磁环直接串在线束上不进行绕制;③随手拿一个磁环就用;④一个不够多套几个……
例上左图中的磁环使用情况,因为客户的辐射问题是由PCB板引起,通过USB线束辐射发射出来,那么在使用磁环的时候,需要在靠近USB头的位置(图中①处),将线束缠绕两圈(图中②处),来抑制USB线束上的辐射发射。而非像上右图中一样在线束上,随意的选择一个位置,将磁环串在线束上,这样的使用并不能将磁环的抑制效果发挥出来。
磁环在使用的过程中,需要先确定抑制的频率点或者频率段来选择磁环的材质,根据被套磁环线束的粗细来选择磁环的尺寸大小,再根据设备干扰的来源确定磁环的使用位置,最后将线束在磁环上缠绕两圈,确保磁环的抑制效果达到最佳状态。