磁环的分析与应用

胡德隆 潘勇 徐静 窦慧

山东省产品质量检验研究院 山东济南 250102

磁环作用原理是能够将电磁骚扰的能量吸收，并把它转化为热能消耗掉，从而达到降低辐射骚扰的目的，影响磁环工作特性的因素主要有磁环磁导率，缠绕磁环线圈的匝数，磁环的孔径等，使用时要根据辐射超标的频段，来使用合适的磁环，只要把磁环套在被保护线路上，不需要接地，利用磁环带通特性，对干扰频段进行有效抑制，就能达到预期的效果[1]。

1 磁环工作原理介绍

磁环可以把它近似的看成电阻与电感的串联，磁环的阻抗用公式可以表示为：?

其中Zf表示磁环的阻抗，Rf表示磁环的电阻，Lf表示磁环的电感，它们都跟频率有关，随着频率的变化而变化，低频时，阻抗由电感的感抗构成，高频时，阻抗由电阻成分构成，此时，电阻起主要作用，高频噪声能量会被电阻转化为热能消耗掉。不同的铁氧体抑制元件，有不同的最佳抑制频率范围。一般磁导率越高，抑制的频率就越低。

2 磁环磁导率介绍

磁环的磁导率根据频率不同，它的磁导率是相应变化的，磁导率的大小反映的是磁环对于电磁干扰降低的程度，在某个频率处，磁导率越大说明在该频率处，磁环吸收电磁干扰的效果越好，反映到实际检测中就是测得的试验曲线数值降低越明显。

磁环的磁导率，可以用下面公式计算得到：

其中μ为磁环磁导率，单位H/m，L为磁环电感量，单位mH，D为磁环外径，单位mm，d为磁环内径，单位mm，h为磁环高度，单位mm，N为缠绕匝数。假如已知一个磁环是尺寸为10×8×20，在磁环上缠绕5圈，磁环电感量为0.022mH，则磁环的磁导率为0.999H/m。

3 磁环电感量与匝数的关系

假设磁环高度为2cm，磁环外径1cm，磁环内径0.8cm，那么磁环的截面积为0.2cm2，磁环的平均长度为2.826cm，假设磁环磁导率μ=1000mH/m，磁环绕匝5圈，那么磁环的电感量约为0.022mH。

通过公式可以看出，匝数增加提高了磁环的电感量，而电感与感抗是成正比的，用公式表示：XL=2πfl，其中XL表示感抗，f代表频率，l代表电感，电流频率一定的情况下，电感越大感抗越大，感抗与电感成正比。感抗变大，自然就能够提高磁环的作用效果，因为感抗的作用就是低频电流可以流过线圈但频率高的电流流过线圈时，会产生自感电动势对抗电流的变化。虽然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，在实际应用中会常常碰到一种情况就是磁环缠绕匝数增多以后，低频抑制效果增强，但是在高频处干扰变大[2]。

4 磁环的应用实例

工业、科学和医疗（ISM）射频设备需要满足GB4824-2019标准的要求，本次整改是一个医疗器械产品，它需要满足标准要求的1组B类设备的电磁辐射骚扰限值。

初始试验曲线见图1，图中的红线是限值，试验结果不应超过图中红线。

图1 初始测试的辐射骚扰曲线

从图中可以看出来，测得的初始数值在33MHz频率附近以及71MHz频率处，数值较大，可以采用在电源线上套磁环的方法，采用磁导率为850，阻抗特性在30M以后比较大的锰锌磁环，并缠绕了4圈，再重新进行测试，试验曲线见图2。

图2 加磁环后测得的辐射骚扰曲线

从图中可以看出来，加上磁环以后，高频区域基本有变化，而在30MHz到100MHz范围内，试验曲线都得到不同程度的下降，试验结果均在限值要求以下，满足标准要求[3]。

5 结语

电磁兼容EMI测试过程中，经常会遇到辐射数值超限值的问题，而磁环能够有效解决电源线、信号线和连接器的射频干扰抑制问题，并且使用简单，方便、占用空间不大等很多优点，因此被广泛应用，虽然磁环针对有些EMI测试可以降低辐射数值，但是它毕竟是对问题的一种补救措施，如果产品在开始设计的时候，就考虑电磁兼容问题，那么就会降低此类问题的发生，省去后期整改的麻烦。