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磁环简介及使用选择方法

2021-06-23 10:04:29

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磁导率英文名称:magnetic permeability 表征磁介质磁性的物理量。表示在空间或在磁芯空间中的线圈流过电流后、产生磁通的阻力、或者是其在磁场中导通磁力线的能力、其公式μ=B/H 、其中H=磁场强度、B=磁感应强度,常用符号μ表示,μ为介质的磁导率,或称绝对磁导率。


真空磁导率

初始磁导率


在国际单位制(SI)中,相对磁导率μr是无量纲的纯数,磁导率μ的单位是亨利/米(H/m)

饱和磁通密度Bs:磁化到饱和状态的磁通密度。

剩余磁通密度Br:从磁饱和状态去处磁场后,剩余的磁通密度。

矫顽力Hc:从饱和状态去处磁场后,磁芯继续被反向的磁场磁化,直至磁通密度减小到零,此时的磁场强度称为矫顽力。

损耗因素tanδ:损耗因数是磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗三者之和:

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式中:

tanδe:涡流损耗因数;

tanδr:剩余损耗因数;

h1:磁滞损耗因数;

V:磁芯体积(m3);

i:电流(A);

e1:涡流损耗系数;

f:频率(Hz);

r1:剩余损耗系数;

电阻率ρ:具有单位截面积和单位长度的磁性材料的电阻。

磁心损耗Pc:磁芯在高磁通密度时的单位体积损耗。该磁通密度通常表示为:

式中

Bm:磁通密度的峰值(mT);

E:线圈两端的电压(V);

f:频率(kHz);

N:线圈匝数;

Ae:有效截面积(mm2)。

电感因数AL:电感因数定义为具有一定形状和尺寸的磁芯上每一匝线圈产生的自感量,即

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式中

L:装有磁芯的线圈的自感量(H);

N:线圈匝数。

电感因数常以10-9H/N2(nH/N2)为单位。

气隙的影响:当磁路中有气隙时,其损耗因子为带气隙损耗因子,磁芯开气隙后,磁芯内部磁场强度 H 将大大减小,开制气隙可增加磁场和温度的稳定性。

品质因数Q:

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Q值越高,损耗越小,效率越高;

Q 值越高,谐振器的频率稳定度就越高,因此,能够更准确。

品质因数Q:表征一个储能器件(如电感线圈、电容等)、谐振电路所储能量同每周损耗能量之比的一种质量指标。元件的Q值愈大,用该元件组成的电路或网络的选择性愈佳。

Q值是衡量电感器件的主要参数。是指电感器在某一频率的交流电压下工作时,所呈现的感抗与其等效 损耗电阻之比。电感器的Q值越高,其损耗越小,效率越高。

电感器品质因数的高低与线圈导线的直流电阻、线圈骨架的介质损耗及铁心、屏蔽罩等引起的损耗等有关。 也有人把电感的Q值特意降低的,目的是避免高频谐振/增益过大。降低Q值的办法可以是增加绕组的电阻或使用功耗比较大的磁芯. Q值过大,引起电感烧毁,电容击穿,电路振荡。

铁氧体抗干扰磁心特性

铁氧体抗干扰磁心是近几年发展起来的新型的价廉物美的干扰抑制器件,其作用相当于低通滤波器,较好地解决了电源线,信号线和连接器的高频干扰抑制问题,而且具有使用简单,方便,有效,占用空间不大等一系列优点,用铁氧体抗干扰磁心来抑制电磁干扰(EMI)是经济简便而有效的方法,已广泛应用于计算机等各种军用或民用电子设备。

铁氧体是一种利用高导磁性材料渗合其他一种或多种镁、锌、镍等金属在2000℃烧聚而成,在低频段,铁氧体抗干扰磁心呈现出非常低的感性阻抗值,不影响数据线或信号线上有用信号的传输。而在高频段,从10MHz左右开始,阻抗增大,其感抗分量仍保持很小,电阻性分量却迅速增加,当有高频能量穿过磁性材料时,电阻性分量就会把这些能量转化为热能耗散掉。这样就构成一个低通滤波器,使高频噪音信号有大的衰减,而对低频有用信号的阻抗可以忽略,不影响电路的正常工作。

软磁铁氧体材料的应用及其性能要求

对软磁铁氧体,通常希望磁导率μi和电阻率ρ要高,矫顽力Hc和损耗Pc要低。根据使用的不同,还会对材料的居里温度、温度稳定性、磁导率减落系数、比损耗系数等有不同的要求。

(1)锰锌系铁氧体材料分为高磁导率铁氧体和高频低功耗铁氧体(又称功率铁氧体)两类。锰锌高磁导率铁氧体的主要特性是磁导率特别高,

通常把 μi≥5000的材料称为高磁导率材料,一般要求μi≥12000。

锰锌高频低功耗铁氧体又称功率铁氧体,对功率铁氧体材料,在性能上的要求是:较高的磁导率(一般要求μi≥2000)、高的居里温度、高表观密度、高饱和磁感应强度和高频下的超低磁芯损耗。

(2)镍锌系铁氧体材料,在1MHz以下的低频范围内,NiZn系铁氧体材料的性能比不上MnZn系,但在1MHz以上,由于它具有多孔性及高电阻率,因而大大优于MnZn系而成为高频应用中性能最好的软磁材料。其电阻率ρ可达108Ω・m,高频损耗小,特别适用于高频 1~300MHz;而且NiZn系材料的居里温度较MnZn高,Bs亦高至0.5T,Hc亦可小至10A/m,适用于各种电感器、中周变压器、滤波线圈、扼流圈。镍锌高频铁氧体材料具有较宽的频宽和较低的传输损耗,常用于高频抗电磁干扰以及高频功率与抗干扰一体化的表面贴装器件,作为抗电磁干扰(EMI)和射频干扰(RFI)磁芯。镍锌功率铁氧体可以做成射频宽带器件,在宽频带范围内实现射频信号的能量传输和阻抗变换,其频率下限在几千赫兹,而上限频率可达几千兆赫兹;镍锌功率铁氧体材料用在DC to DC变换器中可以使开关电源的频率提高,使电子变压器的体积和重量进一步缩小。

常见磁环 - 一般连接线上的磁环基本分为2种,一种是镍锌铁氧体磁环,还有一种是锰锌铁氧体磁环,它们各起着不同的作用。

锰锌铁氧体具有高磁导率和高磁通密度的特点,且在低于1MHz 的频率时,具有较低损耗的特性。

镍锌铁氧体具有极高的阻抗率、不到几百的低磁导率等特性,及在高于1MHz的频率亦产生较低损耗等。锰锌铁氧体的磁导率在几千---上万,而镍锌铁氧体为几百---上千。铁氧体的磁导率越高,其低频时的阻抗越大,高频时的阻抗越小。所以,在抑制高频干扰时,宜选用镍锌铁氧体;反之则用锰锌铁氧体。或在同一束电缆上同时套上锰锌和镍锌铁氧体,这样可以抑制的干扰频段较宽。 磁环的内外径差值越大,纵向高度越大,其阻抗也就越大,但磁环内径一定要紧包电缆,避免漏磁。 磁环的安装位置应该尽量靠近干扰源,即应紧靠电缆的进出口。

目前应用最广泛 的软磁铁氧体材料当属尖晶石型的锰锌系列和镍锌系列,从应用角度来看,它们又可分为高磁导率、高频大功率(又称功率铁氧体)和抗电磁干扰的(EMI)铁氧体等几种类型。

磁芯的使用原则

(1) 磁环长的相对较好。

(2)磁芯孔径和所穿过的电缆结合越紧密越好。

(3)低频端骚扰时,建议线缆绕2~3匝,高频端骚扰时,不能绕匝(因为分布电容的存在),选用长一点的磁环。

铁氧体抑制元器件尺寸的选择:

选定材质后,一般来说,铁氧体体积越大,抑制效果越好。在体积一定时,长而细的形状比短而粗的形状阻抗要大,抑制效果要好。铁氧体的横截面积越大,越不易饱和,可承受的偏流越大。铁氧体的内经越小,抑制效果越好。

铁氧体抑制元器件在电路板上的应用:

电路板板上的 EMI 主要来自周期开关的数字电路,其高频电流在电源线和地线之间产生一个共模电压降,造成共模干扰。为抑制此干扰,我们在电源线和地线之间加去耦电容,使高频噪声短路,但是去耦电容通常会引起高频谐振,产生新的干扰。为此需要在电路板上的I/O 端口加铁氧体抑制元器件会有效地将高频噪声衰减掉。

铁氧体抑制元器件在电源线上的应用:

在电源线上I/O 端口加装铁氧体抑制元器件可抑制电源与电路板板之间的高频干扰传输和相互干扰。但应注意的是,在电源线上应用铁氧体元器件时会存在有直流偏流,铁氧体的阻抗和插入损耗随着直流偏流的增加而减小,但偏流增加到一定值时,铁氧体会出现饱和现象。铁氧体的磁导率越低,插入损耗受直流偏流的影响越小,越不易饱和。

铁氧体抑制元器件在信号线上的应用:

铁氧体抑制元器件最常用的地方是在信号线上。它可有效地将不需要的高频干扰抑制掉。例如在计算机中,铁氧体常用在驱动电路与键盘之间,将高频干扰抑制在工作频率之外。

铁氧体抑制元器件的安装:

同样的抑制件,安装的位置不同,抑制的效果会有很大的区别。一般要安装在I/O 端口界面,用热缩管紧缩在线上。

(1)在抑制高频干扰时,宜选用镍锌铁氧体;频率在1MHZ-300MHZ,镍锌铁氧体的阻值很大。

(2)在抑制低频干扰时,宜选用锰锌铁氧体;频率在1KHZ-10MHZ,阻值在150kΩ以下。

(3)己知的磁芯可以绕一些线后量电感量,从而判断导磁率,越大就越低频。铁氧体的磁导率越高,其低频时的阻抗越大,高频时阻抗越小。 镍锌铁氧体NXO材料的初始导磁率μ比较低约10-2500,使用频率从五百千赫至几百兆赫。具高电阻率,高居里温度。 锰锌铁氧体MXO材料的初始导磁率μ约从400-10000,使用频率从几十赫至几百千赫。用于上限频率f1低于500kHz-1MHz的情况下。超过这个频率,必须使用NiZn(镍锌NXO)材料。

Note:

磁环体积决定了频率低端的最大承受功率;

线间介质决定了频率高端的最大承受功率;

绕线长度决定了最短工作波长;

线圈的电感量决定了最低工作波长;

磁环的失磁温度决定了功率耐受能力。

永欣电子是集生产、经营、科研、技术开发及信息服务为一体的科技先导型企业磁环厂家,为高新技术企业,具有多年行业经验。主要生产抗干扰磁芯、磁环、抗干扰磁环、滤波磁芯、铁粉芯、扣式磁环、铁氧体磁环、RH磁环、T型磁环、磁棒、电感磁棒系列和电感系列,非晶磁环系列,滤波磁珠系列500余种规格的产品。

作者: 永欣电子
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