磁环的使用技巧

45

2019年第2期 安全与电磁兼容

引言

近年来，随着全球信息化、智能化技术的快速发展，电子类产品在人们生活中的应用日益广泛，电磁环境日益复杂，电磁干扰问题越来越突出。磁环是电子产品进行电磁防护和诊断时的常用元器件，其作用主要是将电子产品产生的干扰转变成热量的形式消耗掉。磁环应用作为电磁兼容对策的三大手法之一——滤波，其优点在于使用方便、结构简单、成本低等，常被用在电子领域的电磁兼容故障定位或整改措施中。以下将梳理磁环种类、讲解各类磁环的用法，并从理论和试验的角度进行剖析，以帮助工程师正确地应用磁环。

1 磁环的抑制干扰原理

磁环常见的工作状态是将单匝或多匝导线穿过磁环，或者说将磁环套在导线上，相当于在导线所属电路中串入了一个非线性阻抗（图1）。从电磁兼容的角度

来看，它改变了电路局部的高频参数，使回路阻抗增大，高频能量损耗相应提高，电磁能转换为热量的形式消耗掉，从而起到抑制干扰电流的作用。

磁环的动态特性有些复杂，总的来说，可以用电阻和电感串联来近似模拟高频磁环，其中电阻有类似磁环的剩余损耗、磁滞和涡流，电感有类似磁环的饱和特性，等效电路如图1所示。磁环阻抗Z f 为：

Z f =R f +j ωL f （1）式（1）中，R f 、L f 分别等效为磁环的电阻和电感，它们都是频率的函数。

低频段，铁氧体磁芯呈现出非常低的感性阻抗值，穿过磁环的低频电流几乎无衰减；随着频率的升高，阻抗增大，其感抗分量仍然很小，主要呈现电阻形式，如同一个品质因数很低的电感器，电感阻抗为2πfL ,其中f 为频率，L 为电感量，所以磁环可在较宽的频率范围内呈现较高的阻抗特性，从而提高高频滤波性能。

加载到线缆上的磁环相当于一个滤波器，骚扰源和负载很近时，磁环的插入损耗A 近似为：

A Z Z Z f

S L ()lg()dB ≈+

+201

（2）式（2）中，Z f 为磁环的阻抗，Z S 为源阻抗，Z L 为负载阻抗。

在磁环的使用过程中，有三个主要因素需要考虑，

分别是磁性材料参数，磁环尺寸以及绕制圈数。

磁环的使用技巧

Tips for Using Magnetic Coils

深圳市计量质量检测研究院 赵五芹 赵阳 易华斌 熊冰

摘要

从磁环的基本特性及抑制干扰原理出发，介绍了电子类产品的设计、电磁兼容问题整改时常用的镍锌磁环、锰锌磁环和非晶磁环的特点、适用场合和绕制方法，为工程师正确地选用和绕制磁环提供参考。 关键词

电磁兼容；磁环；干扰抑制；阻抗特性Abstract

Based on the basic characteristics and the principle of interference suppression of magnetic coils, this paper introduces

the characteristics, application occasions and winding methods of nickel-zinc magnetic rings, manganese-zinc magnetic rings and amorphous magnetic coils frequently used in the design of electronic products and the rectification of electromagnetic compatibility problems. It provides reference for engineers to select and wind the magnetic coil correctly.

Keywords

EMC; magnetic coils; interference suppression; impedance characteristics

图1 磁环等效电路

46SAFETY & EMC No.2 2019

2 常见磁环种类

按材料分类，电子产品中目前最常见的磁环有三种：镍锌磁环、锰锌磁环和非晶磁环，见图2。

对电磁干扰起抑制作用的直接因素是交变磁场下磁环被磁化后呈现的高阻抗特性。磁导率μ为表述磁性材料磁化难易程度的参数，它随频率变化。一般来说，μ=μ'-j μ''。其中， μ'代表磁化过程中的储能，体现磁环的电抗特性；

μ''则代表磁性材料在磁化过程中的损耗，体现磁环的电阻。μ决定了磁环吸收电磁干扰并转化为热能消耗掉的能力。

磁性抑制元件一般使用锰锌、镍锌制造。锰锌磁环的磁导率较高，低频阻抗较大，高频阻抗较小；镍锌磁环的磁导率较低，低频阻抗较小，高频阻抗较大。图3是三种外型相同、尺寸相同磁环的磁导率曲线,锰锌磁环的电抗特性主要集中在0.1~100 MHz，镍锌磁环电抗特性主要集中在6~1 000 MHz，非晶磁环的电抗特性主

要在1~1 000 MHz，所以在抑制相关频段的干扰时，磁环的选择很关键。

3 磁环特点和使用

3.1 镍锌磁环

镍锌铁氧体磁环主要由铁、镍、锌的氧化物或盐类采用电子陶瓷工艺制造。镍锌铁氧体一般具有较高的电阻率，可用于1兆赫兹到数百兆赫兹的频率场合。镍锌铁氧体可用来制作变压器、磁头、短波天线棒、调谐电感电抗器以及磁饱和放大器等的磁芯。

供应商经常提供给实验室使用的多为镍锌磁环，包括夹扣磁环和U 环，夹扣磁环在试验对策定位中用得比较多。实际的试验排查中，频段不同，夹扣磁环的绕法相应改变。根据作者长期的试验摸索，总结出

（b）锰锌磁环

（c）非晶磁环

（a）镍锌磁环

图2

常见的磁环

（b）镍锌铁氧体磁环

（c）非晶磁环

（a）锰锌铁氧体磁环

图3

三种磁环的磁导率曲线