磁環(huán)

來源：風(fēng)陵渡口話EMC 更新時間：2024-07-20 閱讀：

磁環(huán)是一塊環(huán)狀的導(dǎo)磁體，是用于抑制電磁干擾的磁性元件，常用于各種電子設(shè)備中。它通常是由鐵氧體、釹鐵硼等磁性材料制成，具有高磁導(dǎo)率、高飽和磁通密度、低成本等優(yōu)點。

圖1：常用磁環(huán)

1.1、磁環(huán)的工作原理

磁環(huán)能量傳遞的原理

磁環(huán)的工作原理可以從電磁感應(yīng)和電磁能量傳遞兩個方面來解釋。首先，當(dāng)通過磁環(huán)的線圈中通入電流時，會在磁環(huán)周圍產(chǎn)生一個磁場，磁場的大小和方向由安培環(huán)路定理來決定，即磁場的大小與線圈中的電流成正比。

當(dāng)通過磁環(huán)線圈中的電流發(fā)生變化時，磁場也會隨之變化，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，磁場的變化會在磁環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這個感應(yīng)電動勢的大小由磁場變化的速率決定，即磁場變化越快，感應(yīng)電動勢越大。

磁環(huán)的工作原理是通過磁場的變化和磁場與電流之間的相互作用，來實現(xiàn)電磁感應(yīng)和能量傳遞。它在電子領(lǐng)域中具有重要的應(yīng)用價值。

磁環(huán)抑制噪聲的原理

磁環(huán)在不同的頻率下有不同的阻抗特性，一般在低頻時阻抗很小，當(dāng)信號頻率升高時磁環(huán)阻抗很大，使得高頻噪聲干擾的能量在穿過磁性材料時，轉(zhuǎn)換成熱量散發(fā)出去，從而阻礙高頻噪聲干擾的傳遞。

1.2、磁環(huán)的電路等效模型

圖2：磁環(huán)的電路等效模型

其中R為導(dǎo)線損耗的等效電阻、L為磁環(huán)的實際電感值，C是磁環(huán)繞線之間的等效電容，磁環(huán)繞線后的電路等效模型類似電感。

1.3、磁環(huán)的阻抗頻率曲線

圖3：磁環(huán)的阻抗曲線

磁環(huán)在未飽和的情況下，隨著頻率升高，其對應(yīng)的阻抗越高，當(dāng)頻率超過諧振點時，阻抗會呈現(xiàn)下降趨勢。

1.4、磁環(huán)的磁芯

磁環(huán)是由磁芯+塑料外殼或者絕緣漆組成的。磁芯是為增加電磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度，塑料外殼或絕緣磁漆是保護(hù)磁芯、防潮、增強(qiáng)絕緣。

磁環(huán)按使用的磁芯分類主要有鐵氧體磁環(huán)、鐵粉芯磁環(huán)、鐵硅鋁磁環(huán)、非晶磁環(huán)。

鐵氧體磁環(huán)

圖4：鐵氧體磁環(huán)

鐵氧體是一種利用高導(dǎo)磁性材料滲合其它一種或多種鎂、鋅、鎳等金屬在2000℃高溫?zé)鄱伞Ｔ诘皖l段，磁芯呈現(xiàn)出非常低的感性阻抗值，不會影響數(shù)據(jù)線或信號線上有用信號的傳輸。而在高頻段，從10MHz左右開始，阻抗增大，其感抗成分仍保持很小，電阻分量卻迅速增加，構(gòu)成低通濾波器。

鐵氧體磁環(huán)主要包括鎳鋅鐵氧體和錳鋅鐵氧體磁環(huán)，按磁導(dǎo)率分低導(dǎo)磁環(huán)、高導(dǎo)磁環(huán)。

錳鋅鐵氧體磁環(huán)材料的磁導(dǎo)率一般在1000以上，被稱為高導(dǎo)磁環(huán)。錳鋅鐵氧體磁環(huán)，磁導(dǎo)率很大，通常用來繞制共模電感，抑制電源端口低頻共模傳導(dǎo)干擾。

圖5：錳鋅鐵氧體共模電感

鎳鋅鐵氧體磁導(dǎo)率在100-1000之間，被稱為低導(dǎo)磁環(huán)。一般用于電源線、HDMI線材、USB線材等各種線材。

圖6：鎳鋅鐵氧體磁環(huán)及應(yīng)用

鐵粉芯磁環(huán)

鐵粉芯磁環(huán)是由碳基鐵磁粉及樹脂碳基鐵磁粉構(gòu)成，磁導(dǎo)率很低。磁粉和絕緣材料之間有氣隙，一般磁導(dǎo)率在20-100之間。正因為鐵粉芯磁環(huán)磁導(dǎo)率很低，在差模大電流情況下不容易飽和，所以常使用鐵粉芯磁環(huán)繞制差模電感。

鐵粉芯環(huán)用兩色來區(qū)分材質(zhì)，常用有-2（線/透明）、-8（黃/紅）、-18（綠/紅）、-26（黃/白）及-52（綠藍(lán)）。鐵粉芯濾波頻段很低，主要用于抑制電源線傳導(dǎo)差模干擾。

圖7：鐵粉芯磁環(huán)及應(yīng)用

鐵硅鋁磁環(huán)

鐵硅鋁磁環(huán)是使用率較高的磁環(huán)之一，鐵硅鋁是由鋁、硅、鐵組成，擁有相當(dāng)高的BMAX

(是在磁芯截面積上的平均最大磁通密度)，它的磁芯損耗遠(yuǎn)低于鐵粉芯，高磁通、低磁滯伸縮（低噪音），是低成本的儲能材料、無熱老化，可以用于替代鐵粉芯，在高溫下性能非常穩(wěn)定。

鐵硅鋁最主要的特點是比鐵粉芯損耗低，具有良好的DC偏流特性，價格介于鐵粉芯與鐵鎳之間。鐵硅鋁磁粉芯具有優(yōu)異的磁性能、功耗小、磁通密度高、具有耐高溫、耐濕、抗振等高可靠性。

寬磁導(dǎo)率范圍可供選擇，是開關(guān)電源輸出共模電感、PFC電感、諧振電感的最佳選擇，具有較高的性價比，鐵硅鋁一般是全黑。

圖8：鐵硅鋁磁環(huán)及應(yīng)用

非晶磁環(huán)

非晶磁環(huán)是一種由非晶態(tài)材料制成的磁性環(huán)形結(jié)構(gòu)器件，通常由具有高磁導(dǎo)率的金屬合金制成。這是一種特殊類型的材料，具有獨特的磁性和導(dǎo)電性質(zhì)，它與傳統(tǒng)的晶態(tài)磁性材料相比，具有更高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、更低的磁滯損耗以及更寬的頻率響應(yīng)范圍。

圖9：非晶磁環(huán)

根據(jù)非晶磁環(huán)所使用的材質(zhì)不同，可分為鐵基非晶、鈷基非晶等，根據(jù)使用材料形狀可分為礴材型磁環(huán)和粉末型磁環(huán)。

非晶合金也稱為金屬玻璃，是指由多種金屬組成的一種結(jié)構(gòu)特殊、成分復(fù)雜的非晶態(tài)材料。在制造非晶磁環(huán)時，將不同金屬的粉末在真空下熔化，以均勻的方式混合，再快速冷卻，形成非晶態(tài)的合金材料，最后將非晶態(tài)合金材料制成具有特定形狀、長、寬、材料等尺寸的磁環(huán)或磁條。

非晶磁環(huán)一般是黑色和白色居多，外殼通常是塑料的，相比鐵氧體材料，磁導(dǎo)率更高，非晶磁環(huán)通常用來繞制共模電感，抑制低頻傳導(dǎo)共模干擾。