磁环：电子产品抗干扰的重要元件，工作原理与应用场景全解析

磁环：电子产品抗干扰的重要元件，工作原理与应用场景全解析

如下图所示，本文将从四个方面对磁环进行讲解：

1、磁环的应用场景

首先我们来看一些图片：

图 1：显示器 VGA 电缆

图 2：适配器电缆

图3：USB通信线

这三根线都是我们生活中常见的电源线或者通讯线，它们都有一个特点，就是在连接线上有一个凸起的部分，这个凸起的部分是什么呢？毫无疑问，这就是加的磁环。

磁环是电子产品中常用的抗干扰元件，对高频噪声有很好的抑制作用，一般采用铁氧体材料（Mn-Zn）制成。

磁环在不同频率下具有不同的阻抗特性，一般在低频时阻抗很小，当信号频率增加时，磁环阻抗急剧增加，在EMC工程设计中，磁环起着重要作用，应用十分广泛。

2、磁环工作原理

图4：磁环等效电路

如图4所示，为应用中磁环的等效电路。L为等效电感，R为电缆的等效直流阻抗，C为绕组间产生的分布电容。这个分布电容要特别注意，它会降低高频滤波性能。

图5：磁环阻抗曲线

如图5所示，当磁环未饱和时，信号频率越高，对应的阻抗越高，当频率超过谐振点后，阻抗会呈现下降的趋势。

图6：常用的EMC整改扣磁环

扣式磁环与铁氧体最大的区别就是损耗大，用这种扣式磁环做成的电感具有更接近电阻的特性，是一种电阻器，其阻值随着频率的增加而增大。当高频信号通过铁氧体磁环时，电磁能量会以热量的形式耗散掉。

3、磁环的分类

1. 铁氧体磁环

一般锰锌环涂成绿色；铁氧体环主要有镍锌铁氧体环、锰锌铁氧体环。

根据磁导率的不同可分为两大类：一类是镍锌铁氧体磁环材料磁导率在100-1000之间，称为低磁导率磁环；另一类是锰锌铁氧体磁环材料磁导率一般在1000以上，称为高磁导率磁环。

图7：锰锌铁氧体高磁导率磁环

镍锌铁氧体磁环一般用于各种电线、电路板末端、电脑设备的抗干扰。

锰锌铁氧体磁环具有较大的磁导率，该类磁环通常用来绕制共模电感，用于抑制电源接口处的低频共模传导干扰。

图8：共模电感

一般共模电感抑制频带在500K-30M之间，滤波频带比铁粉芯差模电感高。

一般来说，材料磁导率越低，适用频率范围越宽；材料磁导率越高，适用频率范围越窄。

2.铁粉芯磁环

铁粉芯环采用两种颜色来区分材质，常用的有-2（红色/透明）、-8（黄色/红色）、-18（绿色/红色）、-26（黄色/白色）和-52（绿色/蓝色）。

图9：铁粉芯磁环

铁粉芯磁环是由碳基铁磁粉和树脂碳基铁磁粉组成，具有很低的磁导率。磁粉与绝缘材料之间有气隙，一般磁导率在20-100之间。由于铁粉芯磁环的磁导率很低，在差模电流较大的条件下不易饱和，所以常采用铁粉芯磁环来制作差模电感。

图10：差模电感

铁粉芯差模电感具有很低的滤波频带，几十或几百KHz，可以抑制电源线传导的差模干扰。

铁粉芯在电子电路中主要用来解决电磁兼容（EMC）问题，实际应用中根据不同波段滤波要求不同，还会添加各种其他物质。

3. 铁硅铝磁环

铁硅铝酸盐一般都是黑色的。

是最常用的磁环之一。简单来说， 是由铝硅铁组成的，具有非常高的 Bmax（Bmax 是磁芯截面积上的平均最大磁通密度）。它的磁芯损耗比铁粉芯低得多，磁通量高，磁致伸缩小（噪音小），是一种低成本的储能材料，没有热老化，可以用来替代铁粉芯，在高温下性能非常稳定。

图11：铁硅铝磁环

的主要特点是损耗比铁粉芯小，直流偏流特性好，价格不是最高也不是最低，介于铁粉芯和之间。

铝硅铁粉芯磁性能优良，功率损耗小，磁通密度高，在-55C~+125C温度范围内使用时具有耐温、耐湿、抗震等高可靠性；

同时磁导率范围宽，可达60~160，是开关电源输出电感、PFC电感、谐振电感的最佳选择，具有极高的性价比。

4.非晶磁环

非晶磁环是一种新产品，正在逐渐流行起来。

非晶磁环一般是白色或者黑色的，有一个显著的特点就是外壳是塑料的，所以很容易识别，因为非晶磁环是用胶带缠绕的，所以一定要包上塑料壳保护，不然会碎掉。

与锰锌铁氧体磁环相比，非晶磁环的磁导率较高，通常都在10K以上甚至几百K，而且磁导率非常大。

图12：非晶磁环

非晶磁环通常用于绕制共模电感，用来抑制低频传导干扰。与锰锌铁氧体相比，非晶磁环价格较贵，但其磁导率较大，因此可以把电感体积做得较小。另外滤波效果也比锰锌铁氧体好。

据说可以滤除低至几十MHz的频率，与锰锌铁氧体磁环的滤除效果接近，所以现在滤波器中也用非晶磁环做共模电感。

4.EMC加磁环整改技巧

1、选择磁环要“尽量长、尽量粗、内径尽量小”。即磁环越长越好，穿过的孔径和电缆越紧越好。但在直流或交流偏压情况下，还存在铁氧体饱和的问题。抑制元件截面积越大，越不容易饱和。

图13：不同内径的磁环

2、磁环对电磁波有条件反射作用，从而减少信号传输的失真。磁环的位置应尽量靠近源端（电缆进出线口），这样会更有效地抑制电磁辐射。

图14：源端磁环

3、抑制高频干扰时，宜用镍锌铁氧体，抑制低频干扰时，宜用锰锌铁氧体。由于锰锌铁氧体的磁导率是几千到几万，而镍锌铁氧体的磁导率是几百到几千，所以磁环铁氧体的磁导率越高，其低频时的阻抗就越大，高频时的阻抗就越小。

4、如何避免磁环饱和？当大电流流过穿过铁氧体的导线时，容易引起饱和，降低元件性能。为避免这种情况，可在电源的两根导线（正极和负极）同时穿过一个磁环。

图15：两根电源线（正极和负极）同时穿过磁环

5、有低频干扰时，建议将电缆绕2-3圈，一方面可以增大穿过环的面积，增加等效吸收长度，另一方面可以充分利用磁环的磁滞特性，改善低频特性。

当有高频干扰时，不能绕多圈（因为实际磁环上有寄生电容，这个寄生电容是和电感并联的，但是遇到高频干扰信号时，这个寄生电容就把磁环电感短路了，让它失去作用），此时可以选择较长的磁环。

图 16：磁环匝数

6、绕线圈数小技巧：理论上圈数越多，抑制低频干扰的效果越好，但由于寄生电容的增加，抑制高频噪声的效果较弱（一味增加圈数来增加衰减是常见的错误）。

实际应用中，需要根据信号干扰频率调整匝数，当干扰频率频带较宽时，可以在电缆上放置两个磁环，每个磁环的匝数不同，这样不仅可以同时抑制高频干扰和低频干扰，还可以同时放置镍锌和锰锌铁氧体，使抑制的干扰频带更宽。

7、磁环属于易碎品，所以在安装过程中需要固定好，避免运输过程中发生碰撞，导致磁环断裂，我们一般用扎带固定。

图17：用扎带固定（然后将磁环固定到设备上）

最后，磁环只是EMC整改中常用的元件，用来查找问题，必要时才用。设计时尽量加电容电感，从源头上消除干扰，最好什么都不要加。