磁环

磁环是一块环状的导磁体，是用于抑制电磁干扰的磁性元件，常用于各种电子设备中。它通常是由铁氧体、钕铁硼等磁性材料制成，具有高磁导率、高饱和磁通密度、低成本等优点。

图1：常用磁环

1.1、磁环的工作原理

磁环能量传递的原理

磁环的工作原理可以从电磁感应和电磁能量传递两个方面来解释。首先，当通过磁环的线圈中通入电流时，会在磁环周围产生一个磁场，磁场的大小和方向由安培环路定理来决定，即磁场的大小与线圈中的电流成正比。

当通过磁环线圈中的电流发生变化时，磁场也会随之变化，根据法拉第电磁感应定律，磁场的变化会在磁环中产生感应电动势，这个感应电动势的大小由磁场变化的速率决定，即磁场变化越快，感应电动势越大。

磁环的工作原理是通过磁场的变化和磁场与电流之间的相互作用，来实现电磁感应和能量传递。它在电子领域中具有重要的应用价值。

磁环抑制噪声的原理

磁环在不同的频率下有不同的阻抗特性，一般在低频时阻抗很小，当信号频率升高时磁环阻抗很大，使得高频噪声干扰的能量在穿过磁性材料时，转换成热量散发出去，从而阻碍高频噪声干扰的传递。    

1.2、磁环的电路等效模型

图2：磁环的电路等效模型

其中R为导线损耗的等效电阻、L为磁环的实际电感值，C是磁环绕线之间的等效电容，磁环绕线后的电路等效模型类似电感。

1.3、磁环的阻抗频率曲线

图3：磁环的阻抗曲线

磁环在未饱和的情况下，随着频率升高，其对应的阻抗越高，当频率超过谐振点时，阻抗会呈现下降趋势。

1.4、磁环的磁芯

磁环是由磁芯+塑料外壳或者绝缘漆组成的。磁芯是为增加电磁体的磁感应强度，塑料外壳或绝缘磁漆是保护磁芯、防潮、增强绝缘。

磁环按使用的磁芯分类主要有铁氧体磁环、铁粉芯磁环、铁硅铝磁环、非晶磁环。

铁氧体磁环

图4：铁氧体磁环

铁氧体是一种利用高导磁性材料渗合其它一种或多种镁、锌、镍等金属在2000℃高温烧聚而成。在低频段，磁芯呈现出非常低的感性阻抗值，不会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，其感抗成分仍保持很小，电阻分量却迅速增加，构成低通滤波器。

铁氧体磁环主要包括镍锌铁氧体和锰锌铁氧体磁环，按磁导率分低导磁环、高导磁环。

锰锌铁氧体磁环材料的磁导率一般在1000以上，被称为高导磁环。锰锌铁氧体磁环，磁导率很大，通常用来绕制共模电感，抑制电源端口低频共模传导干扰。    

图5：锰锌铁氧体共模电感

镍锌铁氧体磁导率在100-1000之间，被称为低导磁环。一般用于电源线、HDMI线材、USB线材等各种线材。

图6：镍锌铁氧体磁环及应用

铁粉芯磁环

铁粉芯磁环是由碳基铁磁粉及树脂碳基铁磁粉构成，磁导率很低。磁粉和绝缘材料之间有气隙，一般磁导率在20-100之间。正因为铁粉芯磁环磁导率很低，在差模大电流情况下不容易饱和，所以常使用铁粉芯磁环绕制差模电感。

铁粉芯环用两色来区分材质，常用有-2（线/透明）、-8（黄/红）、-18（绿/红）、-26（黄/白）及-52（绿蓝）。铁粉芯滤波频段很低，主要用于抑制电源线传导差模干扰。    

图7：铁粉芯磁环及应用

铁硅铝磁环

铁硅铝磁环是使用率较高的磁环之一，铁硅铝是由铝、硅、铁组成，拥有相当高的BMAX

(是在磁芯截面积上的平均最大磁通密度)，它的磁芯损耗远低于铁粉芯，高磁通、低磁滞伸缩（低噪音），是低成本的储能材料、无热老化，可以用于替代铁粉芯，在高温下性能非常稳定。

铁硅铝最主要的特点是比铁粉芯损耗低，具有良好的DC偏流特性，价格介于铁粉芯与铁镍之间。铁硅铝磁粉芯具有优异的磁性能、功耗小、磁通密度高、具有耐高温、耐湿、抗振等高可靠性。

宽磁导率范围可供选择，是开关电源输出共模电感、PFC电感、谐振电感的最佳选择，具有较高的性价比，铁硅铝一般是全黑。    

图8：铁硅铝磁环及应用

非晶磁环

非晶磁环是一种由非晶态材料制成的磁性环形结构器件，通常由具有高磁导率的金属合金制成。这是一种特殊类型的材料，具有独特的磁性和导电性质，它与传统的晶态磁性材料相比，具有更高的饱和磁感应强度、更低的磁滞损耗以及更宽的频率响应范围。

图9：非晶磁环

根据非晶磁环所使用的材质不同，可分为铁基非晶、钴基非晶等，根据使用材料形状可分为礴材型磁环和粉末型磁环。

非晶合金也称为金属玻璃，是指由多种金属组成的一种结构特殊、成分复杂的非晶态材料。在制造非晶磁环时，将不同金属的粉末在真空下熔化，以均匀的方式混合，再快速冷却，形成非晶态的合金材料，最后将非晶态合金材料制成具有特定形状、长、宽、材料等尺寸的磁环或磁条。

非晶磁环一般是黑色和白色居多，外壳通常是塑料的，相比铁氧体材料，磁导率更高，非晶磁环通常用来绕制共模电感，抑制低频传导共模干扰。    

图10：非晶三相共模电感

图11：非晶共模电感