磁环在EMC中的应用-笔记

为什么要用磁环呢?我们知道用磁环主要是解决EMC方向的一个问题,从EMC的一个三要素来讲,我们除了噪声源之外,还有一个很重要的一个就是传输路径。当我们的的PCB板不能去更改的时候,或者是已经量产的时候,我们一般不太希望去改动原版上面的一个电路。我们可以通过在线路上面加一些磁环,可以进来辅助的一个滤波的一个效果。

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右侧:曲线图包括了两个部分,一个是这个黑色的曲线来代表它的一个单穿时候的一个阻抗曲线图,还有就是一个红色的粉红色的曲线图,代表它是两圈的一个阻抗曲线。

左侧:它的一个组成成分,它的一个磁导率,还有它的具体温度,以及它的一个测试的一个条件。

简单的一个分析

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对于我们的一个噪声源来讲,它有它的原端阻抗,也有负载阻抗。在没有加磁环之前,它会有一个在负载这边有一个分压,达到一定的噪声。然后加入这个磁盘之后,我们可以看到,它额外的一个阻抗会使我这个负载这边的一个电压有明显的一个下降。那么这个下降可以通过一个公式来进行一个表示,这个就可以表征我这个传它的一个测滤波的一个效果。

磁环阻抗应该怎么去选

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实际在应用的时候,我们这个磁环既可以滤差模,也可以滤共模,主要是看你的这个磁环它的一个摆放位置,还有它的一个布线的一个情况。

对于一个噪声电路来讲,除了它的原动阻抗和负载阻抗之外,我们还要关心我这个磁环也提供多大一个阻抗,才能够达到我想要的一个衰减的一个DB值。首先我们要了解我们的系统里面,它的一个原装主康和负载阻抗分别也大概是什么位置

首先我们要了解我们的系统里面,它的一个原装主阻和负载阻抗分别也大概是什么位置,如果对大家对这个不太清楚的时候,那我们可以看到就是对于一个地系统的话,它的阻抗一般都是比较低的。对于这个电源系统,它的阻抗可以用手来模拟,对于我们的这个高速信号线,它可能是90欧或者150欧,那我们可以通过右边的这个例子。

其中对于50欧的系统来讲,那我们就看这个红色的曲线,它如果需要削减10DB,那么它对应的这个磁环的一个阻抗大概就是220欧。那么我们选的这个磁环如果阻抗比这个220欧还要大的话,那么它就可以在150兆频点提供我们想要的一个衰减的一个效果。

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它有单穿的也有多穿的那很明显的,多穿的时候它的这个阻抗是明显要比单穿的在低频段它是要大一点的。那么怎么去理解这个问题呢?

对于电感的计算公式,我们可以通过第一个公式来理解。这个电感的参数的平方有关系(N的平方),跟磁材结构有关系(一个u),还有跟磁导率的(一个u),就是这个磁环的截面积有关系(A),还有就是磁力线它的一个长度在磁环里的长度有关系。对于一个特定的一个磁环,它的截面积还有磁力线长度以及它的一个磁导率,这些都是一个确定的值,我们可以用这个电感系数来表示(Al)。那么我们的这个胆量跟这个参数的平方就是一个固定的一个关系。另外就是我们的磁环的阻抗跟感应之间,它是一个频率的一个导出的一个关系。那我们可以通过第二个式子可以提取出来,就是单圈的一个磁环的一个阻抗跟多圈的磁环的阻抗之间就差一个N的平方的一个关系(第三个公式)。通过右边这个图,我们可以计算出来就是理论上的一圈和两圈、三圈、四圈、五圈之间的一个磁环的一个阻抗的一个关系式。

可以看到很明显的就是它是成一个N的平方的一个关系。但实测的这个磁盘在低频段它匹配的比较好啊,就是乘一个M的平方的关系。但是在高频段,由于这个测试夹具的一个影响,导致它有一定的负误差会相对来说比较大一点。所以我们在低频的时候可以用N的平方来近似的去模拟我这个磁环的一个阻抗

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磁导率是一个很关键的一个因素,磁导率又分为实部和虚部。在规格书上面看到的那个磁导率叫做初始磁导率。

这里面黑色的这个曲线就代表它的一个虚部,这个虚线的这个黑色代表它的一个实部,就是你这个主抗主线成分的那我们整体的一个市场率,它是所以说频率上升,它会有一定的上升。但是到了高频这边,它有明显的一个下降的。所以我们看到大部分的一个磁环在高频甚至1G到2G以上,可能它的一个主干的下降的会比较快一点。

磁导率,随着这个温度它的一个影响

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低温的时候磁导率,所以说温度是慢慢的上升而上升的。但是到了一个转折点之后,它的一个磁导率会有急剧的下降。当这个磁导率下降的特别快,接近于一的时候,我们就把这个温度叫做居里温度。磁导率是接近于一的,就相当于失磁不同的磁环它的一个具体温度会有不一样。

右边这个图显示的是我们150欧具体温度下面的一某一个磁环它的一个阻抗,所以温度的一个变化的一个情况,但是在150周的时候,它的一个磁环阻抗量就下降的特别厉害,所以平时在应用磁环的时候要注意一下,我这个磁盘它的一个具体温度是在什么个位置。

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体现的就是我这个磁环里面的一个恒定的一个磁场,它内部的磁材在无没有磁场的时候,它是一个排列无序的。那么有一定的磁场之后,它会慢慢的排列的有一定的整齐。那么磁盘的这个磁力线强度越强的时候,它排列可能就越紧密一点。它的一个阻抗曲线的一个变化。你可以看到在低频这一部分它的一个感性部分是有明显的一个变化的。
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卡扣磁环,我们很关心我这个磁环扣的紧不紧,那么扣的紧不紧其实反映的就是一个气息的一个影响,从图上我们可以看到,一个磁环如果加了一个很大的气息的话,那像这个蓝色的曲线,它的这个组合会发生一些明显的变化。它在低频的时候,它的一个阻抗是明显的要小一点的,但是它可以上升到一个很宽的一个频段。

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不同位置摆法,描述它的一个插损的情况
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一个线缆上面不同位置上面的一个电流它的一个采样,它发现一个什么规律呢?就是没有加磁环的时候,就是这个黑色的曲线,它的一个上面电流是乘以一个正弦的分布的。加入磁环之后,并且这个磁环的位置是靠近端口,就是完全靠近端口的位置,它有明显的一个下降的一个过程,就是有滤波的一个功效。但是如果说把这个磁环的位置挪到这个靠0.9米的这个位置,它的这个滤波效果反而就基本上没有明显的一个滤波效果。如果说把这个侧环的位置放到2.1米的时候,那它在某些频点的位置反而有加强的一个效果。这个是我们实际在分析磁环它的一个滤波的一个效果的时候,我们要去观察我这个磁环具体放在什么位置,它对于不同的频点,还有它它的一个滤波的一个效果是会有影响的。

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信号在传输的时候,它就会遇到多个阻抗不连续点,就会造成了一个信号的一个反射和失真,导致了我评价我这个磁环的一个滤波效果的时候,就不是那么精准。
一位研究学者做了这样的一个研究,在不同的线缆他的一个阻抗,如果是一个是150Ω,一个是200Ω,它测出来同一款磁环它的一个插入损耗值,其实在高频的时候是会有比较明显大的一个差异的。
这就是给我们提出了一个警示,就是说我们实际在应用磁环的时候,其实线缆的一个阻抗是一个很大的影响的成分。它会导致我们预估出来我这个磁环它的插入损耗,跟我们用公式计算出来的会有一些差异。

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校准方式不细说了,不需要
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磁力线的一个分布来描述,像左边这个两根线同时进去,并且造成电流幅度相位都是相同的时候,它在磁环里面产生的这个磁力线去叠加的。所以我这个磁环能够起到一个滤共模的一个效果。
对于右边这个图,这个差模噪声虽然它是一个差模电流,但是它在这个磁环里面产生了一个电磁噪声它的一个磁力线它是叠加的一个效果,所以它也能够起到一个滤差模的,只是它们的一个布线的方式是不一样的。
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