磁環的分析與應用

胡德隆 潘勇 徐靜 竇慧

山東省產品質量檢驗研究院 山東濟南 250102

磁環作用原理是能夠將電磁騷擾的能量吸收，并把它轉化為熱能消耗掉，從而達到降低輻射騷擾的目的，影響磁環工作特性的因素主要有磁環磁導率，纏繞磁環線圈的匝數，磁環的孔徑等，使用時要根據輻射超標的頻段，來使用合適的磁環，只要把磁環套在被保護線路上，不需要接地，利用磁環帶通特性，對干擾頻段進行有效抑制，就能達到預期的效果[1]。

1 磁環工作原理介紹

磁環可以把它近似的看成電阻與電感的串聯，磁環的阻抗用公式可以表示為：?

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

2 磁環磁導率介紹

磁環的磁導率根據頻率不同，它的磁導率是相應變化的，磁導率的大小反映的是磁環對于電磁干擾降低的程度，在某個頻率處，磁導率越大說明在該頻率處，磁環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值降低越明顯。

磁環的磁導率，可以用下面公式計算得到：

其中μ為磁環磁導率，單位H/m，L為磁環電感量，單位mH，D為磁環外徑，單位mm，d為磁環內徑，單位mm，h為磁環高度，單位mm，N為纏繞匝數。假如已知一個磁環是尺寸為10×8×20，在磁環上纏繞5圈，磁環電感量為0.022mH，則磁環的磁導率為0.999H/m。

3 磁環電感量與匝數的關系

假設磁環高度為2cm，磁環外徑1cm，磁環內徑0.8cm，那么磁環的截面積為0.2cm2，磁環的平均長度為2.826cm，假設磁環磁導率μ=1000mH/m，磁環繞匝5圈，那么磁環的電感量約為0.022mH。

通過公式可以看出，匝數增加提高了磁環的電感量，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，會產生自感電動勢對抗電流的變化。雖然增加穿過磁環的匝數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，在實際應用中會常常碰到一種情況就是磁環纏繞匝數增多以后，低頻抑制效果增強，但是在高頻處干擾變大[2]。

4 磁環的應用實例

工業、科學和醫療（ISM）射頻設備需要滿足GB4824-2019標準的要求，本次整改是一個醫療器械產品，它需要滿足標準要求的1組B類設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，試驗結果不應超過圖中紅線。

圖1 初始測試的輻射騷擾曲線

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

圖2 加磁環后測得的輻射騷擾曲線

從圖中可以看出來，加上磁環以后，高頻區域基本有變化，而在30MHz到100MHz范圍內，試驗曲線都得到不同程度的下降，試驗結果均在限值要求以下，滿足標準要求[3]。

5 結語

電磁兼容EMI測試過程中，經常會遇到輻射數值超限值的問題，而磁環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點，因此被廣泛應用，雖然磁環針對有些EMI測試可以降低輻射數值，但是它畢竟是對問題的一種補救措施，如果產品在開始設計的時候，就考慮電磁兼容問題，那么就會降低此類問題的發生，省去后期整改的麻煩。