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每周了解几个硬件知识+磁环

工程师
2024-06-24 19:56:49     打赏
磁环,通常被称为“EMI抑制磁环”或“射频抑制器”(RF Choke),是电子和电气工程中用于减少电磁干扰(EMI)和射频干扰(RFI)的常见工具。它们利用磁场的性质来限制或降低不期望的高频电磁信号通过线缆或其他导体进行传播。磁环的工作原理磁环通常由高磁导率的材料制成,铁氧体(Ferrite)。当高频电流通过带有磁环的线缆时,磁环会产生一个与线缆中电流方向相反的磁场。这个反向磁场会抵消部分原始磁场,从而减少高频信号通过线缆的辐射。磁环的应用• EMI/RFI抑制:在电子设备中,线缆经常是高频信号辐射的主要来源。通过在线缆上安装磁环,可以有效地减少这些辐射,提高设备的电磁兼容性(EMC)。• 防止信号干扰:在某些应用中,线缆可能会接收到来自其他设备的干扰信号。磁环可以帮助减少这些干扰,提高信号质量。• 保护设备:高频信号可能会对敏感电子设备造成损害。通过在线缆上安装磁环,可以限制这些高频信号进入设备,从而保护设备免受损害。


磁环作为一种重要的磁性元件,其种类多样,应用领域广泛。以下是磁环的主要分类及特点:

按材料分类:氧化物陶瓷磁环:具有良好的机械性能、耐高温性、低失真等特点,成本相对较高。主要应用于高频变压器、高速传输线路、滤波器等领域。铁氧体磁环:由氧化铁和一定量的金属氧化物组成,具有较高的磁导率和低铁磁滞回线。应用范围广泛,磁性传感器、电子变频器、电机驱动器、电源开关、电池保护回路等。铁氧体多层磁环:由铁氧体薄膜组成的多层磁环结构,具有体积小、重量轻、损耗低等特点,广泛应用于互感器、变压器、电机等电力电子设备中。合金磁环:镍锌合金磁环、锰锌合金磁环等,具有不同的磁导率和应用场景。非晶态合金磁环:具有高磁导率和低损耗等优点,可用于高效电源转换器、高频变换器、直流电源等领域。石墨磁环:具有特殊的电磁性能,适用于特定场合。按形状分类:跑道型磁环(也称扁平磁环或扁形磁环):适用于各种排线,滤波线、音频连接线、视频连接线、通讯网络线等,起到滤除噪声的效果。圆柱形磁环:应用广泛,特别是家电产品、电源产品以及各类电子设备等。卡扣式磁环(又称扣式磁环、夹扣式磁环、组装式磁环等):方便使用,特别适用于鼠标、计算机电源线等,有效抑制电磁辐射。其他磁环:双孔磁环、三孔磁环、六孔磁环等,适用于不同应用场景。按功能分类:抗干扰磁环:主要用于线材、电路板端、电脑设备等抗电磁干扰。滤波磁环:铁粉芯磁环,主要用于电器回路中解决电磁兼容性(EMC)问题。按磁导率分类:低导磁环:镍锌铁氧体磁环,磁导率在100-1000之间,适用于宽频率范围。高导磁环:锰锌铁氧体磁环,磁导率一般在1000以上,适用于特定频率范围。特殊类型:磁粉芯磁环:由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成,具有低导磁率及恒导磁特性,主要用于高频电感。铁硅铝磁环:由铝-硅-铁组成,具有低磁致伸缩(低噪音)、高DC偏流特性,是低成本的储能材料。


种类:

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实物:


内部结构:铁氧体磁芯。


规格:

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具体用途:

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HDMI线:

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DP线:

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USB线:

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以上这些线材类基本都有磁球,当然,在生活中也有没有用到磁环的线材,也是可以用的,而且很多线材上都有增加磁环,不只是我上面贴出来的一部分。


磁球模型:

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电流流过导线,会围绕导线产生环形磁场,在导线上套上一个磁导率比较大的磁环,在磁环上就会有一个比较大的环形磁场B,如果电流是发生变化的,那么磁场B也是发生变化的。根据电磁感应定律,变化的磁场产生电场,并且这个电场是环形的电场,这时就会产生环形电流,也就是产生热量了,这就产生了涡流损耗。

出了涡流损耗,磁珠更多的是利用磁滞损耗来消耗能量。磁芯在外磁场的作用下,材料中的一部分与磁场方向相差不大的磁畴发生了弹性转动(外磁场去掉时可以恢复),一部分克服磁畴壁的摩擦发生刚性转动。因此,磁化时,送到磁场的能量包含两部分,一部分转化为势能,即去掉外磁化电流后,磁场能量可以返回电路,一部分克服摩擦使磁芯发热消耗掉,这就产生了磁滞损耗。

讲解电感时解释过,剩磁Br越大,磁畴的刚性转动越大,损耗就越大。总的来说,磁珠就是利用磁滞损耗和涡流损耗来工作的。

这两种损耗也叫铁损,也就是磁芯上产生的损耗。所以磁珠就是磁芯损耗大的电感。

磁珠的损耗与频率有关系,低频时,磁芯损耗很小,磁珠就是一个电感

如果整改过EMI的读者可能会注意到,在第三方EMI实验室,经常可以看到有许多磁性材料供应商提供了一些免费的样品,其中很多是磁环,如图所示的这样。这种磁环一般用于高频辐射的抑制,很多工程师用其作为抑制 EMI的最后一个绝招。因为简单易操作,只需要在输人或是输出线上绕几圈即可以看到很明显的效果,这对于测EMI时争分夺秒的过程来讲,也不失为一个好的办法当然,对于磁环供应商而言,这是一个极好的营销策略。因为磁环种类千差万别,所以工程师最终还是需要重新找到测试时的磁环供应商。

如图 所示是一个灯具的拆解图,可以看到驱动前级的EMI防护不足,这可能是因为驱动是第三方公司外购的,而第三方公司并没有在这上面花太多的成本和精力,这样的系统就存在很大的风险,进行EMI辐射测试,得到结果如所示

LED 灯具系统 EMI 测试时的结果:

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灯具驱动电源加入 EMI滤波器的辐射结果:

image.png

灯具加入磁环和 EMI滤波器后的辐射结果:

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灯具厂家直接采用外置磁环后的结果表明这种方法效果很好,对于整机组装厂家来说,这是一个比较简单的方法,唯一的缺陷就是成本略高以及如何向终端客户说明这个附件的作用,这就变成了一个客户认可和接受的问题。但厂家为了销售产品,已经解决了这个问题,即将磁环直接组装在线缆里面。


总结一下:

如果需要选用磁环,要综合考虑一下,再给一点意见.

磁场强度:根据应用需要确定所需的磁场强度。在电机、扬声器等应用中,需要较强的磁场以产生足够的动力或声音。工作频率:考虑磁环在应用中的工作频率。不同的材料在不同的频率下具有不同的性能,因此需要根据实际情况选择合适的材料。尺寸和形状:磁环的尺寸和形状对应用性能有重要影响。在精密仪器中,需要更精确控制磁环的尺寸和形状。温度范围:考虑磁环在工作过程中可能遇到的温度范围。一些材料在高温或低温下可能会失去磁性,因此需要根据实际情况选择合适的材料。成本:成本是考虑应用时不可忽视的因素。需要根据预算限制选择合适的磁环材料和设计方案。。磁性能:包括剩磁、矫顽力、最大磁能积等。这些参数决定了磁环的磁场强度和稳定性。温度稳定性:考虑材料在高温或低温下的磁性能变化。一些材料在高温下可能会失去磁性,而另一些材料则具有较好的温度稳定性。机械性能:包括硬度、韧性、耐磨性等。这些参数决定了磁环在使用过程中的耐久性和可靠性。加工性能:考虑材料的可加工性,切削、磨削、焊接等。这对于制造过程中的工艺选择和成本控制具有重要意义。环保性:随着环保意识的提高,对材料的环保性要求也越来越高。需要选择符合环保要求的材料以减少对环境的污染。



专家
2024-06-25 08:13:13     打赏
2楼

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