抗干擾磁環的原理與作用

2015-11-06 19:24:00
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數碼設備傳輸線帶有一根圓柱形的東西。這個是什么呢?是磁環,抗干擾磁環,或者說吸收磁環、鐵氧體磁環。 
為什么要設置抗干擾磁環?電腦機箱內的主板、CPU、電源、及IDE數據線都工作于很高的頻率狀態下,所以導致機箱里存在著大量的空間雜散電磁干擾信號, 而信號強度也是機箱外的數倍至數十倍!沒有磁環的USB線在這個空間內沒有采取屏蔽措施,那么這些USB線就成了很好的天線,接收周圍環境中各種雜亂的高 頻信號,而這些信號疊加在本來傳輸的信號上,甚至會改變原來傳輸的有用信號,容易出現問題。 
為了提高傳輸速率及穩定性,也為了減小傳輸線在傳送數據時對其他設備,如聲卡的干擾,設計了靜電屏蔽層。這個屏蔽層是由一個較薄的金屬箔片或者是多股細銅 絲編織成網狀做成,應用的是靜電場的表面效應原理。也就是將數據傳送線的外表面包上一層金屬膜,并將這個屏蔽層與機箱進行接地,就可以很好地將數據線與空 間干擾信號隔離! 
吸收磁環,又稱鐵氧體磁環,常用于可拆卸的分離時磁環,它是電子電路中常用的抗干擾元件,對于高頻噪聲有很好的抑制作用,一般使用鐵氧體材料(Mn- Zn)制成。磁環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,當信號頻率升高磁環表現的阻抗急劇升高。使正常有用的信號很好的通過,又能很好 的抑制高頻干擾信號的通過,而且成本低廉。

鐵氧體抗干擾磁心特性  
      
鐵氧體抗干擾磁心是近幾年發展 起來的新型的價廉物美的干擾抑制器件,其作用相當于低通濾波器,較好地解決了電源線,信號線和連接器的高頻干擾抑制問題,而且具有使用簡單,方便,有效, 占用空間不大等一系列優點,用鐵氧體抗干擾磁心來抑制電磁干擾(EMI)是經濟簡便而有效的方法,已廣泛應用于計算機等各種軍用或民用電子設備。  
鐵氧體是一種利用高導磁性材料滲合其他一種或多種鎂、鋅、鎳等金屬在2000℃燒聚而成,
   
在低頻段,鐵氧體抗干擾磁心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,從10MHz左右開始,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。這樣就構成一個低通濾波器,使高頻噪音信號 有大的衰減,而對低頻有用信號的阻抗可以忽略,不影響電路的正常工作。

EMI
吸收環 / 珠是一種用鐵氧體制成的元件,是一種吸收損耗型元件。其特性表現為:吸收高頻信號并將吸收的能量轉化成熱能耗散掉,從而達到抑制高頻干擾信號沿導線傳輸的目的,其等效阻抗中電阻值分量是頻率的函數,隨著頻率而變化。
EMI
吸收環 / 珠有效頻段為 2 1000MHz ,性能最佳頻段則為 5 200MHz ,在此頻段吸收阻抗維持為一個常數。
EMI
吸收環 / 珠選擇時要注意:通過電流大小正比于元件體積,兩者失調,易造成飽和,降低元件性能,避免飽和的有效方法是將電源的兩根線(正、負或火、地)同時穿過一個 磁環。磁環在使用中還有一個較好的方法是讓穿過磁環的導線反復串幾下,一來可提高穿過環的面積,增加等效吸收長度,二來充分利用磁環具有磁滯特點,改善低 端特性。
   
它的制造工藝和機械性能與陶瓷相似。其電磁性能與添加金屬成分以及燒結過程中的時間,溫度與氣體成分有關。分裝式磁環,要盡可能選用內徑較小的,長度較長的磁環,同時,磁環一定要緊緊包住電纜,即磁環的內徑尺寸要與電纜的外徑尺寸緊密配合。  

為什么要設置抗干擾磁環?
   
電腦機箱內的主板、CPU、電源、及IDE數據線都工作于很高的頻率狀態 下,所以導致機箱里存在著大量的空間雜散電磁干擾信號,而信號強度也是機箱外的數倍至數十倍!吸收磁環,又稱鐵氧體磁環,常用于可拆卸的分離式磁環,它是 電子電路中常用的抗干擾元件,對于高頻噪聲有很好的抑制作用,一般使用鐵氧體材料(MnZn)制成。磁環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,當信號頻率升高磁環表現的阻抗急劇升高。使正常有用的信號很好的通過,又能很好的抑制高頻干擾信號的通過,而且成本低廉。
   
鐵 氧體是一種立方晶格結構的亞鐵磁性材料。鐵氧體材料為鐵鎂合金或鐵鎳合金,它的制造工藝和機械性能與陶瓷相似,顏色為灰黑色。電磁干擾濾波器中經常使用的 一類磁芯就是鐵氧體材料,許多廠商都提供專門用于電磁干擾抑制的鐵氧體材料。這種材料的特點是高頻損耗非常大,具有很高的導磁率,他可以是電感的線圈繞組 之間在高頻高阻的情況下產生的電容最小。對于抑制電磁干擾用的鐵氧體,最重要的性能參數為磁導率μ和飽和磁通密度Bs。磁導率μ可以表示為復數,實數部分 構成電感,虛數部分代表損耗,隨著頻率的增加而增加。因此,它的等效電路為由電感L和電阻R組成的串聯電路,LR都是頻率的函數。當導線穿過這種鐵氧體 磁芯時,所構成的電感阻抗在形式上是隨著頻率的升高而增加,但是在不同頻率時其機理是完全不同的。
   
不同的鐵氧體抑制元件,有不同的最佳抑制頻率范圍。通常磁導率越高,抑制的頻率就越低。此外,鐵氧體的體積越大,抑制效果越好。在體積一定時,長而細的形 狀比短而粗的抑制效果好,內徑越小抑制效果也越好。但在有直流或交流偏流的情況下,還存在鐵氧體飽和的問題,抑制元件橫截面越大,越不易飽和,可承受的偏 流越大。
    EMI
吸收磁環/磁珠抑制差模干擾時,通過它的電流值正比于其體積,兩者失調造成飽和,降低了元件性能;抑制共模干擾時,將電源的兩根線(正負)同時穿過 一個磁環,有效信號為差模信號,EMI吸收磁環/磁珠對其沒有任何影響,而對于共模信號則會表現出較大的電感量。磁環的使用中還有一個較好的方法是讓穿過 的磁環的導線反復繞幾下,以增加電感量。可以根據它對電磁干擾的抑制原理,合理使用它的抑制作用。
   
鐵氧體抑制元件應當安裝在靠近干擾源的地方。對于輸入/輸出電路,應盡量靠近屏蔽殼的進、出口處。對鐵氧體磁環和磁珠構成的吸收濾波器,除了應選用高磁導 率的有耗材料外,還要注意它的應用場合。它們在線路中對高頻成分所呈現的電阻大約是十至幾百Ω,因此它在高阻抗電路中的作用并不明顯,相反,在低阻抗電路 (如功率分配、電源或射頻電路)中使用將非常有效。
結論:
由于鐵氧體可以衰減較高頻同時讓較低頻幾乎無阻礙地通過,故在EMI控制中得到了廣泛地應用。用于EMI吸收的磁環/磁珠可制成各種的形狀,廣泛應用于各 種場合。如在PCB板上,可加在DC/DC模塊、數據線、電源線等處。它吸收所在線路上高頻干擾信號,但卻不會在系統中產生新的零極點,不會破壞系統的穩 定性。

 

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