铁氧体磁珠在抑制电磁干扰(EMI)中的应用.doc

抗EMI磁环、产品类形有, RH类磁环、T类磁圈、FS类扁平磁环、SCRC类扣式磁芯、R类磁棒、RID类双孔磁珠、FP类两片式磁芯等RH类磁环(镍锌磁环)产品主要应用于电脑周边线、电源线、打印机线、显示器、数码相机、通讯设备等方面。T 类磁环(锰锌磁环) T型磁芯只要用于滤波、电感线圈和变压器。铁氧体(铁氧体磁环-铁氧体磁珠)在抑制电磁干扰(EMI)中的应用用铁氧体磁性材料抑制电磁干扰（）是经济简便而有效的方法，已广泛应用于计算机等各种军用或民用电子设备。那么什么是铁氧体呢？如何选择，怎样使用铁氧体元件呢？这篇文章将对这些问题作一简要介绍。一、什么是铁氧体抑制元件铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料，它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似。但颜色为黑灰色，故又称黑磁或磁性瓷。铁氧体的分子结构为e23，其中为金属氧化物，通常是n或Zn。衡量铁氧体磁性材料磁性能的参数有磁导率，饱和磁通密度s，剩磁r和矫顽力c等。对于抑制用铁氧体材料，磁导率和饱和磁通密度s是最重要的磁性参数。磁导率定义为磁通密度随磁场强度的变化率。对于一种磁性材料来说，磁导率不是一个常数，它与磁场的大小、频率的高低有关。当铁氧体受到一个外磁场作用时，例如当电流流经绕在铁氧体磁环上的线圈时，铁氧体磁环被磁化。随着磁场的增加，磁通密度增加。当磁场场加到一定值时，值趋于平稳。这时称作饱和。对于软磁材料，饱和磁场只有十分之几到几个奥斯特。随着饱和的接近，铁氧体的磁导率迅速下降并接近于空气的导磁率(相对磁导率为）如图所示。图1 铁氧体的B-H曲线铁氧体的磁导率可以表示为复数。实数部分代表无功磁导率，它构成磁性材料的电感。虚数部分代表损耗，如图所示。 j图2 铁氧体的复数磁导率磁导率与频率的关系如图所示。在一定的频率范围内值（在某一磁场下的磁导率）保持不变，然后随频率的升高磁导率有一最大值。频率再增加时，迅速下降。代表材料损耗的虚数磁导率在低频时数值较小，随着频率增加，材料的损耗增加，增加。如图所示，图中tan=/图3 铁氧体磁导率与频率的关系图4 铁氧体抑制元件的等效电路（a）和阻抗矢量图（b）二、铁氧体抑制元件的阻抗和插入损耗当铁氧体元件用在交流电路时，铁氧体元件是一个有损耗的电感器，它的等效电路可视为由电感和损耗电阻组成的串联电路，如图所示。铁氧体元件的等效阻抗是频率的函数Z(f)=R(f)+jL(f)=K(f)+jK(f)式中：是一个常数，与磁芯尺寸和匝数有关，为角频率。损耗电阻和感抗j都是频率的函数，图是材料磁珠的阻抗、感抗和电阻与频率的关系。在低频端（200MHz850 30MHz200MHz2500 10MHz30MHz5000 10MHzRH类磁环:材质优良,无铅环保,规格齐全.属于软性铁氧体抗干扰磁芯(滤波磁芯、铁粉芯)系列、抗EMI磁环系列.该磁环主要应用于办公设备(电脑显示器、打印机、复印机、数码相机、通讯设备、电源、USB)的数据线以及电力传输的电线等方面.T类磁芯:材质优良,无铅环保,规格齐全.属于软性铁氧体抗干扰磁芯(滤波磁芯、铁粉芯)系列、抗EMI磁环系列.该磁芯主要应用于办公设备(电脑显示器、打印机、复印机、数码相机、通讯设备、电源、USB)的数据线以及电力传输的电线等方面.EMI/EMC磁环,磁芯在有或低频偏流情况下，要考虑到抑制性能的下降和饱和，尽量选用磁导率低的材料。EMI吸收磁环/磁珠的吸收干扰能力是用其阻抗特性来表征的。在低频段呈现非常低的感性阻抗值，不影响数据线或信号线上有用信号的传输。在高频段，约为10MHz左右开始，阻抗增大，其感抗成分保持很小，电阻性分量却迅速增加，将高频段EMI干扰能量以热能形式吸收耗散。通常用两个关键点频率25MHz和100MHz处电阻值来标定EMI吸收磁环/磁珠的吸收特性。铁氧体抑制元件尺寸的选择铁氧体材料选定之后，需要选定抑制元件的形状和尺寸。抑制元件的形状和影响到对噪音抑制的效果。一般来说，铁氧体的体积越大，抑制效果越好。在体积一定时，长而细的形状比短而而粗的形状的阻抗要大，抑制效果更好。但在有或偏流的情况下，要考虑到饱和问题。铁氧体抑制元件的横截面积越大，越不易饱和，可承受的偏流越大。另外，铁氧体的内径越小，抑制效果越好。总之，铁氧体抑制元件选择的原则是，在使用空间允许的条件下，选择尽量长，尽量厚和内孔尽量小的铁氧体抑制元件。、铁氧体抑制元件的安装同样的铁氧体抑制元件，由于安装的位置不同，其抑制效果会有很大区别。在大部分情况下，铁氧体抑制元件应安装在尽可能接近干扰源的地方。这样可以防止噪音耦合到其他地方，在那些地方可能噪音更难以抑制。但是在电路，在导线或电缆进入或引出屏蔽壳的地方，铁氧体器件，应尽可能靠近屏蔽壳的进出口处，以避免噪音在经过铁氧体抑制元件之前耦合到其他地方。铁氧体磁管穿在电缆上后要用热缩管封好。6、铁氧体抑制元件在静电上的应用静电干扰属高频段的干扰（12ns, 500MHZ以上），铁氧体可缓变电压（电流）幅度。一般选取原则是磁导率低，不易饱和，可逆的铁氧体（滞回曲线较窄，软磁性材料优先），原因是磁导率高容易饱和，饱和后再对尖峰脉冲无大的影响，主要思想还是靠电磁相互转化，引起一个消减峰值的作用，铁氧体本身不消耗功耗。挥铁氧体的性能，下面一些注意事项十分重要：A）铁氧体磁环（磁珠）的效果与电路阻抗有关：电路的阻抗越低，则铁氧体磁环（磁珠）的滤波效果越好。因此，在一般铁氧体材料的产品手册中，并不给出铁氧体材料的插入损耗，而是给出铁氧体材料的阻抗，铁氧体材料的阻抗越大，滤波效果也越好。B）电流的影响: 当穿过铁氧体的导线中流过较大的电流时，滤波器的低频插入损耗会变小，高频插入损耗变化不大。要避免这种情况发生，在电源线上使用时，可以将电源线与电源回流线同时穿过铁氧体。C）铁氧体材料的选择：根据要抑制干扰的频率不同，选择不同磁导率的铁氧体材料。铁氧体材料的磁导率越高，低频的阻抗越大，高频的阻抗越小。D）铁氧体磁环尺寸的确定：磁环的内外径差越大，轴向越长，阻抗越大。但内径一定要包紧导线。因此，要获得大的衰减，在铁氧体磁环内径包紧导线的前提下，尽量使用体积较大的磁环。E）共模扼流圈的匝数：增加穿过磁环的匝数可以增加低频的阻抗，但是由于寄生电容增加，高频的阻抗会减小。盲目增加匝数来增加衰减量是一个常见的错误。当需要抑制的干扰频带较宽时，可在两个磁环上绕不同的匝数。F）电缆上铁氧体磁环的个数：增加电缆上铁氧体磁环的个数，可以增加低频的阻抗，但高频的阻抗会减小。这是因为寄生电容增加的缘故。G）铁氧体磁环的安装位置：一般尽量靠近干扰源。对于屏蔽机箱上的电缆，磁环尽量靠近机箱电缆的进出口。H）与电容式滤波连接器一起使用效果更好：由于铁氧体磁环的效果取决于电路的阻抗，电路的阻抗越低，则磁环的效果越明显。因此当原来的电缆两端安装了电容式滤波连接器时，其阻抗很低，磁环的效果更明显。数码设备传输线带有一根圆柱形的东西。这个是什么呢？是磁环，抗干扰磁环，或者说吸收磁环、铁氧体磁环。 为什么要设置抗干扰磁环？电脑机箱内的主板、CPU、电源、及IDE数据线都工作于很高的频率状态下，所以导致机箱里存在着大量的空间杂散电磁干扰信号，而信号强度也是机箱外的数倍至数十倍！没有磁环的USB线在这个空间内没有采取屏蔽措施，那么这些USB线就成了很好的天线，接收周围环境中各种杂乱的高频信号，而这些信号叠加在本来传输的信号上，甚至会改变原来传输的有用信号，容易出现问题。 为了提高传输速率及稳定性，也为了减小传输线在传送数据时对其他设备，如声卡的干扰，设计了静电屏蔽层。这个屏蔽层是由一个较薄的金属箔片或者是多股细铜丝编织成网状做成，应用的是静电场的表面效应原理。也就是将数据传送线的外表面包上一层金属膜，并将这个屏蔽层与机箱进行接地，就可以很好地将数据线与空间干扰信号隔离！ 吸收磁环，又称铁氧体磁环，常用于可拆卸的分离时磁环，它是电子电路中常用的抗干扰元件，对于高频噪声有很好的抑制作用，一般使用铁氧体材料(Mn-Zn)制成。磁环在不同的频率下有不同的阻抗特性，一般在低频时阻抗很小，当信号频率升高磁环表现的阻抗急剧升高。使正常有用的信号很好的通过，又能很好的抑制高频干扰信号的通过，而且成本低廉。铁氧体抗干扰磁心特性 铁氧体抗干扰磁心是近几年发展起来的新型的价廉物美的干扰抑制器件，其作用相当于低通滤波器，较好地解决了电源线，信号线和连接器的高频干扰抑制问题，而且具有使用简单，方便，有效，占用空间不大等一系列优点，用铁氧体抗干扰磁心来抑制电磁干扰(EMI)是经济简便而有效的方法，已广泛应用于计算机等各种军用或民用电子设备。铁氧体是一种利用高导磁性材料渗合其他一种或多种镁、锌、镍等金属在2000烧聚而成，在低频段，铁氧体抗干扰磁心呈现出非常低的感性阻抗值，不影响数据线或信号线上有用信号的传输。而在高频段，从10MHz左右开始，阻抗增大，其感抗分量仍保持很小，电阻性分量却迅速增加，当有高频能量穿过磁性材料时，电阻性分量就会把这些能量转化为热能耗散掉。这样就构成一个低通滤波器，使高频噪音信号有大的衰减，而对低频有用信号的阻抗可以忽略，不影响电路的正常工作。EMI 吸收环 / 珠是一种用铁氧体制成的元件，是一种吸收损耗型元件。其特性表现为：吸收高频信号并将吸收的能量转化成热能耗散掉，从而达到抑制高频干扰信号沿导线传输的目的，其等效阻抗中电阻值分量是频率的函数，随着频率而变化。EMI 吸收环 / 珠有效频段为 2 1000MHz ，性能最佳频段则为 5 200MHz ，在此频段吸收阻抗维持为一个常数。EMI 吸收环 / 珠选择时要注意：通过电流大小正比于元件体积，两者失调，易造成饱和，降低元件性能，避免饱和的有效方法是将电源的两根线（正、负或火、地）同时穿过一个磁环。磁环在使用中还有一个较好的方法是让穿过磁环的导线反复串几下，一来可提高穿过环的面积，增加等效吸收长度，二来充分利用磁环具有磁滞特点，改善低端特性。它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似。其电磁性能与添加金属成分以及烧结过程中的时间，温度与气体成分有关。分装式磁环,要尽可能选用内径较小的，长度较长的磁环，同时，磁环一定要紧紧包住电缆，即磁环的内径尺寸要与电缆的外径尺寸紧密配合。为什么要设置抗干扰磁环？电脑机箱内的主板、CPU、电源、及IDE数据线都工作于很高的频率状态下，所以导致机箱里存在着大量的空间杂散电磁干扰信号，而信号强度也是机箱外的数倍至数十倍！吸收磁环，又称铁氧体磁环，常用于可拆卸的分离式磁环，它是电子电路中常用的抗干扰元件，对于高频噪声有很好的抑制作用，一般使用铁氧体材料（MnZn）制成。磁环在不同的频率下有不同的阻抗特性，一般在低频时阻抗很小，当信号频率升高磁环表现的阻抗急剧升高。使正常有用的信号很好的通过，又能很好的抑制高频干扰信号的通过，而且成本低廉。铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料。铁氧体材料为铁镁合金或铁镍合金，它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似，颜色为灰黑色。电磁干扰滤波器中经常使用的一类磁芯就是铁氧体材料，许多厂商都提供专门用于电磁干扰抑制的铁氧体材料。这种材料的特点是高频损耗非常大，具有很高的导磁率，他可以是电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容最小。对于抑制电磁干扰用的铁氧体，最重要的性能参数为磁导率和饱和磁通密度Bs。磁导率可以表示为复数，实数部分构成电感，虚数部分代表损耗，随着频率的增加而增加。因此，它的等效电路为由电感L和电阻R组成的串联电路，L和R都是频率的函数。当导线穿过这种铁氧体磁芯时，所构成的电感阻抗在形式上是随着频率的升高而增加，但是在不同频率时其机理是完全不同的。不同的铁氧体抑制元件，有不同的最佳抑制频率范围。通常磁导率越高，抑制的频率就越低。此外，铁氧体的体积越大，抑制效果越好。在体积一定时，长而细的形状比短而粗的抑制效果好，内径越小抑制效果也越好。但在有直流或交流偏流的情况下，还存在铁氧体饱和的问题，抑制元件横截面越大，越不易饱和，可承受的偏流越大。EMI吸收磁环/磁珠抑制差模干扰时，通过它的电流值正比于其体积，两者失调造成饱和，降低了元件性能；抑制共模干扰时，将电源的两根线（正负）同时穿过一个磁环，有效信号为差模信号，EMI吸收磁环/磁珠对其没有任何影响，而对于共模信号则会表现出较大的电感量。磁环的使用中还有一个较好的方法是让穿过的磁环的导线反复绕几下，以增加电感量。可以根据它对电磁干扰的抑制原理，合理使用它的抑制作用。铁氧体抑制元件应当安装在靠近干扰源的地方。对于输入输出电路，应尽量靠近屏蔽壳的进、出口处。对铁氧体磁环和磁珠构成的吸收滤波器，除了应选用高磁导率的有耗材料外，还要注意它的应用场合。它们在线路中对高频成分所呈现的电阻大约是十至几百，因此它在高阻抗电路中的作用并不明显，相反，在低阻抗电路（如功率分配、电源或射频电路）中使用将非常有效。结论:由于铁氧体可以衰减较高频同时让较低频几乎无阻碍地通过，故在EMI控制中得到了广泛地应用。用于EMI吸收的磁环/磁珠可制成各种的形状，广泛应用于各种场合。如在PCB板上，可加在DC/DC模块、数据线、电源线等处。它吸收所在线路上高频干扰信号，但却不会在系统中产生新的零极点，不会破坏系统的稳定性。专家教你选择磁环的匝数将整束电缆穿过一个铁氧体磁环就构成了一个共模扼流圈，根据需要，也可以将电缆在磁环上面绕几匝。匝数越多，对频率较低的干扰抑制效果越好，而对频率较高的噪声抑制作用较弱。实际工程中，要根据干扰电流