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(yàn)研究院 山東濟(jì)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(shí)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(shí)，阻抗由電感的感抗構(gòu)成，高頻時(shí)，阻抗由電阻成分構(gòu)成，此時(shí)，電阻起主要作用，高頻噪聲能量會(huì)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(gè)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(shí)際檢測中就是測得的試驗(yàn)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(jì)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(gè)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?yàn)楦锌沟淖饔镁褪堑皖l電流可以流過線圈但頻率高的電流流過線圈時(shí)，會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)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(huì)減小，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)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(qiáng)，但是在高頻處干擾變大[2]。

4 磁環(huán)的應(yīng)用實(shí)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(gè)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(yàn)曲線見圖1，圖中的紅線是限值，試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)曲線都得到不同程度的下降，試驗(yàn)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(huì)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(hào)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(diǎn)，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(bǔ)救措施，如果產(chǎn)品在開始設(shè)計(jì)的時(shí)候，就考慮電磁兼容問題，那么就會(huì)降低此類問題的發(fā)生，省去后期整改的麻煩。