磁環(huán)的分析與應(yīng)用

胡德隆 潘勇 徐靜 竇慧

山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院 山東濟南 250102

磁環(huán)作用原理是能夠?qū)㈦姶膨}擾的能量吸收，并把它轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，從而達(dá)到降低輻射騷擾的目的，影響磁環(huán)工作特性的因素主要有磁環(huán)磁導(dǎo)率，纏繞磁環(huán)線圈的匝數(shù)，磁環(huán)的孔徑等，使用時要根據(jù)輻射超標(biāo)的頻段，來使用合適的磁環(huán)，只要把磁環(huán)套在被保護(hù)線路上，不需要接地，利用磁環(huán)帶通特性，對干擾頻段進(jìn)行有效抑制，就能達(dá)到預(yù)期的效果[1]。

1 磁環(huán)工作原理介紹

磁環(huán)可以把它近似的看成電阻與電感的串聯(lián)，磁環(huán)的阻抗用公式可以表示為：?

其中Zf表示磁環(huán)的阻抗，Rf表示磁環(huán)的電阻，Lf表示磁環(huán)的電感，它們都跟頻率有關(guān)，隨著頻率的變化而變化，低頻時，阻抗由電感的感抗構(gòu)成，高頻時，阻抗由電阻成分構(gòu)成，此時，電阻起主要作用，高頻噪聲能量會被電阻轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉。不同的鐵氧體抑制元件，有不同的最佳抑制頻率范圍。一般磁導(dǎo)率越高，抑制的頻率就越低。

2 磁環(huán)磁導(dǎo)率介紹

磁環(huán)的磁導(dǎo)率根據(jù)頻率不同，它的磁導(dǎo)率是相應(yīng)變化的，磁導(dǎo)率的大小反映的是磁環(huán)對于電磁干擾降低的程度，在某個頻率處，磁導(dǎo)率越大說明在該頻率處，磁環(huán)吸收電磁干擾的效果越好，反映到實際檢測中就是測得的試驗曲線數(shù)值降低越明顯。

磁環(huán)的磁導(dǎo)率，可以用下面公式計算得到：

其中μ為磁環(huán)磁導(dǎo)率，單位H/m，L為磁環(huán)電感量，單位mH，D為磁環(huán)外徑，單位mm，d為磁環(huán)內(nèi)徑，單位mm，h為磁環(huán)高度，單位mm，N為纏繞匝數(shù)。假如已知一個磁環(huán)是尺寸為10×8×20，在磁環(huán)上纏繞5圈，磁環(huán)電感量為0.022mH，則磁環(huán)的磁導(dǎo)率為0.999H/m。

3 磁環(huán)電感量與匝數(shù)的關(guān)系

假設(shè)磁環(huán)高度為2cm，磁環(huán)外徑1cm，磁環(huán)內(nèi)徑0.8cm，那么磁環(huán)的截面積為0.2cm2，磁環(huán)的平均長度為2.826cm，假設(shè)磁環(huán)磁導(dǎo)率μ=1000mH/m，磁環(huán)繞匝5圈，那么磁環(huán)的電感量約為0.022mH。

通過公式可以看出，匝數(shù)增加提高了磁環(huán)的電感量，而電感與感抗是成正比的，用公式表示：XL=2πfl，其中XL表示感抗，f代表頻率，l代表電感，電流頻率一定的情況下，電感越大感抗越大，感抗與電感成正比。感抗變大，自然就能夠提高磁環(huán)的作用效果，因為感抗的作用就是低頻電流可以流過線圈但頻率高的電流流過線圈時，會產(chǎn)生自感電動勢對抗電流的變化。雖然增加穿過磁環(huán)的匝數(shù)可以增加低頻的阻抗，但是由于寄生電容增加，高頻的阻抗會減小，在實際應(yīng)用中會常常碰到一種情況就是磁環(huán)纏繞匝數(shù)增多以后，低頻抑制效果增強，但是在高頻處干擾變大[2]。

4 磁環(huán)的應(yīng)用實例

工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療（ISM）射頻設(shè)備需要滿足GB4824-2019標(biāo)準(zhǔn)的要求，本次整改是一個醫(yī)療器械產(chǎn)品，它需要滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的1組B類設(shè)備的電磁輻射騷擾限值。

初始試驗曲線見圖1，圖中的紅線是限值，試驗結(jié)果不應(yīng)超過圖中紅線。

圖1 初始測試的輻射騷擾曲線

從圖中可以看出來，測得的初始數(shù)值在33MHz頻率附近以及71MHz頻率處，數(shù)值較大，可以采用在電源線上套磁環(huán)的方法，采用磁導(dǎo)率為850，阻抗特性在30M以后比較大的錳鋅磁環(huán)，并纏繞了4圈，再重新進(jìn)行測試，試驗曲線見圖2。

圖2 加磁環(huán)后測得的輻射騷擾曲線

從圖中可以看出來，加上磁環(huán)以后，高頻區(qū)域基本有變化，而在30MHz到100MHz范圍內(nèi)，試驗曲線都得到不同程度的下降，試驗結(jié)果均在限值要求以下，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求[3]。

5 結(jié)語

電磁兼容EMI測試過程中，經(jīng)常會遇到輻射數(shù)值超限值的問題，而磁環(huán)能夠有效解決電源線、信號線和連接器的射頻干擾抑制問題，并且使用簡單，方便、占用空間不大等很多優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用，雖然磁環(huán)針對有些EMI測試可以降低輻射數(shù)值，但是它畢竟是對問題的一種補救措施，如果產(chǎn)品在開始設(shè)計的時候，就考慮電磁兼容問題，那么就會降低此類問題的發(fā)生，省去后期整改的麻煩。