鐵氧體磁環妙用解決某產品輻射超標整改案例

來源：EMC容冠電磁更新時間：2024-07-21 閱讀：

【摘要】本案例產品輻射騷擾超標，后通過優化磁環選型和應用成功化解。本案例系統總結了磁環的選型思路和應用方法，全文思路清晰，滴水不漏，讀來讓人如撥云見日！

0. 前言

磁環在電磁兼容(EMC)實驗室既遍地皆是，同時也是大哥般的存在，如果要調查下工程師最喜愛的EMI抑制器件，磁環說第二，絕對沒有哪個器件敢說第一！但與其地位嚴重不符的是，磁環的應用方法，業界和工程師卻沒有清晰的思路，現場整改時這個試試，那個也試試，碰運氣和撞大運的成分居多。如何破解，本文以案例方式進行了歸納和總結。

1. 問題描述

某國外醫療產品需要在國內市場銷售，在國內進行醫療產品認證時，其輻射騷擾在60MHz和130MHz左右超標，現場工程師在AC220V電源線纜增加大量不同種類的磁環都沒有改善，如圖1所示。

圖1 30MHz～1GHz輻射騷擾原始頻譜

從圖1可以看出，產品輻射騷擾在60MHz左右，最大超標約1dB，不滿足標準要求，實驗不通過。

2. 故障診斷——磁環加哪里？

產品為便攜式醫療設備，由AC220V和電池供電。測試時工程師在AC220V電源線加磁環無改善，再次確認時直接拔掉AC220V電源線，使用電池為產品供電，此時測試輻射騷擾，前后結果無任何改變，因此確認產品輻射騷擾和AC220V電源線無關。

打開機殼，使用頻譜分析儀和近場探頭在機殼內部單板、線纜等處查找電磁干擾源，當近場探頭置于電池電源線時，在所關心的60MMHz和130MMHz左右電磁干擾陡然增大，如圖2、圖3所示。

圖2 引起EMI(電磁干擾)問題的電池電源線

圖3 電池電源線電磁干擾

對比圖1和圖3的頻譜，可以看出近場測試和標準實驗室測試兩者的結果非常接近，因此懷疑電池電源線引起的輻射超標，進一步驗證，當而拔掉電池電源線時，近場測試的電磁干擾幅度大幅度減小，因此可以斷定引起產品輻射超標的為電池電源線。

3. 原因分析

從圖4可以看出，電池電源線緊貼AC220V開關電源板。

圖4 電池電源線緊貼開關電源板

開關電源板為單面板，頂層為器件，底層為布線，當開關電源工作時，其一直處于高頻開關工作狀態，此時電路中存在強烈的電壓和電流變化，即du/dt≠0，或者di/dt≠0。根據法拉第電磁感應定律，變化的電壓或者電流產生變化的電磁場，變化的電磁場可以在環路里面感應出電壓和電流，那么電池電源線緊貼開關電源板底層布線層，空間距離很近，因此，開關電路產生的電磁場，將在電池電源線上感應出噪聲，由于電池電源線較長（約50mm），此時就構成了很好的輻射發射天線，從而產生電磁干擾。

4. 整改措施——磁環加那個？

本產品為國外產品，無任何硬件電路圖和技術支持工程師，因此為避免大動干戈損壞產品，選擇使用磁環的整改方案。

鐵氧體磁環是一種吸收損耗型元件。在低頻段，鐵氧體呈現出非常低的感性阻抗值，不影響數據線或信號線上有用信號的傳輸。而在高頻段，阻抗增大，其感抗分量仍保持很小，電阻性分量卻迅速增加，當有高頻能量穿過磁性材料時，電阻性分量就會把這些能量轉化為熱能耗散掉。

首先查看頻譜圖，產品超標頻段為60MHz-130MHz，因此要求磁環在本頻段有較高的阻抗，查看磁環規格書，如圖5所示。