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洗衣机控制系统电磁干扰解决方案铁氧体磁环应用实例作者：姜国强来源：《硅谷》2008年第08期中图分类号：O44文献标识码：B文章编号：1671－7597（2008）0420021－01洗衣机控制系统中，能产生电磁干扰（EMI）的骚扰源主要有以下几方面：电机的频繁换向运动，不合理的线束路径及走向，可控硅的频繁导通和关闭，PCB布线不合理导致谐波骚扰信号，带有加热管的洗衣机大电流的导通和切断，电机设计制造工艺的不合理，也会产生大量高频谐波。
基于以上分析可以看出，洗衣机控制系统的电磁兼容解决方案应该是系统的。
必须从整体角度，对每一个骚扰的根源采取措施，方能有效地把电磁骚扰降低到最低程度。
例如在PCB 设计中合理布线，优化电机制造工艺，合理设计洗衣机的工作程序，有效利用线束走向减少干扰等等。
那么，除了整体性考虑电磁兼容解决方案外，有没有一种便捷，低成本的方法来解决洗衣机控制系统的电磁骚扰问题（主要指EMI骚扰信号对外界的传导）？铁氧体磁环正是这样一种电源滤波装置。
由于不可能消除每个骚扰源，有些骚扰源也难以完全消除。
因此，在这种情况下，可以采用在整机的电源线处增加滤波器的办法来消除高频谐波对外的干扰。
铁氧体磁环又称为铁酸盐磁环，一般使用铁氧体材料（锰-锌或者镍-锌）制成，对噪声有很好的抑制作用，锰－锌常用在电子电路中抑制高频噪声，镍-锌常用在电子电路中抑制低频噪声。
由铁氧体制成的各种形状的有耗器件能将电磁骚扰的能量吸收后转变成热能损耗掉。
电磁干扰的传输途径可以归纳为两种：经由空间传播的辐射骚扰和经由导线传输的传导骚扰。
电机在工作中，火花骚扰所产生的脉冲骚扰可以通过空间和电源线发射出去。
电源线一方面可以将骚扰传输到电网中，另一方面还可起天线作用，将骚扰能量辐射出去。
目前，国家对洗衣机类家用电器的电磁干扰（EMI）强制性要求是，必须通过电压骚扰，功率骚扰及谐波骚扰的实验。
其中电压骚扰分为连续电压骚扰和断续电压骚扰。
铁氧体磁芯高频损耗的有效值法测量代学刚，兰中文»王豪才(电子科技大学信息材料工程学院»四川成都610054)摘要:磁芯损耗的测试方法有很多，如谐振法 ' 电桥法、功率表法等，但是这些测试方法均用在较低频率*随着功率铁氧体磁芯的使用频率越來越高，逬一步硏究高频下的磁芯损耗测量方法成为必要。
m 了国际电工委员会(1EC)发布的有效值法的原理，并用组成的瀏试系统进行了一些测试 > 最后对测试所得的数据进行了分析，结果表明磁芯损耗曲线与经验公式P=KBnp-p吻合。
矢键词:铁氧体;高频损耗;有效值法1高频下帙氧体逼芯的损耗介所周知，铁氣体磁芯损耗(P)是由磁滞损耗(Ph)、涡流损耗(Pe)和剩余损耗(Pr)构成的。
在高频功率铁氧体的配方和工艺过程中，必须细化晶粒并使晶粒均匀完整•这样可以认为剩余损耗(Pr)为一常数;而P e和Ph与使用频率和工作磁感应强度峰-绦值Bp-p有矢•当频率一定时，磁芯功率损耗Ph+Pc«。
参考礒芯损耗公式Ph=KhfmBnp-p、Pe = KefkBlp-p (其中Kh和Ke分别是磁滞损耗系数和涡流损耗系数，巳有的经验公式认为m=l、k=2、”1=1.9〜2.9)，这样总的损耗可表示为P=KBnp-p。
那么在频率较高(大于200kHz且频率一定)时磁芯损耗是否仍然符合P=KBnp-p这种矣系呢?而其中的n值又应为多少呢?这显然是一个值得硏究的问题・2有效值法原理有效值法为国际电工委员会(IEC)推荐的高频下铁氧体磁芯损耗的測试方法之一 > 其原理见图1 •图1 中G为功率信号源;Nl、N2、N3分另！J为磁化绕组(匝数为nl)、测jfi绕组(匝数为n2)、礒通密度測邀绕组(匝数为n3)；Rl为电流取样电阻;A和B为有效值电压表;K1和K2为双刀开矢的两个状态。
磁芯中的Bp-p可由有效值表B的读数值VB nns求得・根据dBSA.II、可押I 叫式中，•咯是磁芯有效截面积。
EMI 滤 波 器 原 理 与 设 计 方 法 详 解输入端差模电感的选择输入端差模电感的选择：：1. 差模choke 置于L 线或N 线上，同时与XCAP 共同作用F=1 / (2*π* L*C)2. 波器振荡频率要低于电源供给器的工作频率，一般要低于10kHz 。
3. L = N2AL （nH/N2）nH4. N = [L （nH ）/AL(nH/N2)]1/2匝5. AL = L （nH ）/ N2nH/N26. W =（NI ）2AL / 2000µJ输入端共模电感的选择输入端共模电感的选择：：共模电感为EMI 防制零件，主要影响Conduction 的中、低频段，设计时必须同时考虑EMI 特性及温升，以同样尺寸的Common Choke 而言，线圈数愈多(相对的线径愈细)，EMI 防制效果愈好，但温升可能较高。
传导干扰频率范围为0.15～30MHz ，电场辐射干扰频率范围为30～100MHz 。
开关电源所产生的干扰以共模干扰为主。
产生辐射干扰的主要元器件除了开关管和高频整流二极管还有脉冲变压器及滤波电感等。
注意：1. 避免电流过大而造成饱和。
2．Choke 温度系数要小，对高频阻抗要大。
3．感应电感要大，分布电容要小。
4．直流电阻要小。
B = L * I / (N * A) (B shall be less than 0.3)L = Choke inductance. I = Maximum current through choke. N = Number of turns on choke.A = Effective area of choke. (for drum core, can approximate with cross section area of center pole.)假设在50KHZ 有24DB 的衰减则，共模截止频率Fc = Fs*10Att/4 0 = 50*10-24/40=12.6KHZ 电感值L= (RL*0.707)/(∏*Fc) = (500.707)/(3.14*12.6) = 893uH使用磁芯和磁棒作滤波电感时应注意自身的阻抗，对于共模电感不能使用低阻抗的磁芯和磁棒，否则会造成炸机现象。
随着现代电子设备、通信设备的迅速发展，对随之而产生的电磁干扰影响到其它邻近的电子设备正常运行的问题已引起了世界范围的关注。
国内外先后在抗电磁干扰方面采取了一系列措施，并对电力设备、汽车、无线电接受机、家电产品及办公室设备、信息技术设备等制定了电磁辐射环境保护的法令及电磁兼容强制性的标准。
在众多抗电磁干扰的措施中，EMI电源滤波器是一种很有效的器件，它是由无源元件（，，C）构成的无源低通网络，能够同时衰减共模EMI信号和差模EMI信号。
其中对共模干扰信号起主要抑制作用的共模扼流圈大都使用铁氧体磁环作磁芯，因为在大多数情况下所有元件都是装配在屏蔽的金属或不屏蔽的塑料外壳中，并用一种自硬化、阻燃的热塑合成树脂作为灌封材料，所以对铁氧体磁环除了要求高磁导率和良好的高频特性外，还要求磁环的电感量在热塑灌封后不应有较大的降低。
为此，我们对国产的两个规格的铁氧体磁环抽样进行相应的试验。
1 试验样品1）磁环样品：φ50×25×20mm（H50/25/20）和φ56×26×20mm（H56/26/20）。
2）磁环材料：高磁导率R7K材料。
3）测试仪器：①TH2817型LRC数字电桥②CD24型RLC三用表③HP4195A网络频谱分析仪4）绕线及灌封前磁环的单匝电感量（μH）见表1。
5）绕线及灌封前磁环用HP4195A网络频谱分析仪在100kHz至30MHz频段内，分别测量其Ls，Rs，Q特性曲线，见图1和图2。
2 试验目的测试磁环绕线成共模扼流圈装配到滤波器外壳中，经环氧树脂热塑灌封后，压应力对电感量的影响。
3 试验方法3.1 共模扼流圈的绕制磁环用黄腊绸包裹后，用相同的绕制方法（φ1.60mm漆包线，三线并绕，五匝，四组）绕成共模扼流圈，对应磁环的编号编为：线圈H50_1#、2#、3#、4#和线圈H56_1#、2#、3#、4#。
3.2 滤波器的装配将两个线圈为一组装配成滤波器（DL-35EAL1），电路见图3所示。
铁氧体磁环在EMI电源滤波器中的使用EMI（电磁干扰）电源滤波器是电子设备中常用的一种滤波装置，用于消除电源输入和输出之间的电磁干扰。
铁氧体磁环是EMI滤波器中经常使用的一种电磁材料，它的磁属性使其能够有效地抑制高频电磁干扰，提高滤波效果。
铁氧体磁环是一种由磁铁氧体制成的环形磁芯，具有高导磁率和低磁阻的特性。
它通常用于EMI电源滤波器的输入和输出回路中，以消除电源干扰和提供EMI抑制。
以下是铁氧体磁环在EMI电源滤波器中的几个重要应用。
1.电源线滤波器：在电源线上安装铁氧体磁环可以有效地消除电源中的高频噪声干扰。
它可以通过吸收和抑制电磁波的传播，使干扰信号无法进入或离开电源线。
这样可以保证电源供电的稳定性，并提高设备的抗干扰性能。
2.输入/输出滤波器：铁氧体磁环还可以用于EMI电源滤波器的输入和输出回路中，以抑制电磁干扰的传播。
它可以形成一个阻抗匹配的电磁屏蔽，将干扰信号引导到地或回到源端，从而减少对其他元器件的影响。
这有助于提高系统的抗干扰能力和性能。
3.EMI电源滤波芯：铁氧体磁环还可以用于电源滤波器的磁芯中。
这种滤波芯通常由多个磁环组成，形成一个高导磁率的磁通路径。
它可以吸收和消耗电磁干扰的能量，使其不能进入或离开滤波芯。
这能够提高滤波器的效率和性能。
4.绕组电流传感器：铁氧体磁环还可以用作EMI电源滤波器中的绕组电流传感器。
通过在磁环上绕制一定数量的线圈，可以将电源电流转换成磁场。
这个磁场可以通过磁环的磁阻变化来检测和测量电流。
这可以帮助实时监控电源的负载情况，并采取相应的措施来保证电源的稳定性和可靠性。
总之，铁氧体磁环在EMI电源滤波器中的使用是为了提高滤波效果和抑制电磁干扰。
它的高导磁率和低磁阻特性使其能够有效地吸收和消耗电磁干扰的能量，提高电源的稳定性和可靠性。
在设计和选择EMI电源滤波器时，需要考虑铁氧体磁环的材质、尺寸和性能指标，以确保滤波器能够满足系统的要求。
在自动化和测试设备中常受电磁干扰之苦，特在此总结一下滤波磁环的作用。
1.原理滤波磁环，又称铁氧体磁环，实际应用常用扣式磁环，可拆卸。
铁氧体是一种利用高导磁性材料，其制程当中渗合添加了多种微量元素，如镁、锌、镍等金属，然后在2000℃烧聚而成。
如图所示，对于低频信号或者噪声，铁氧体磁心呈现出较低的感性阻抗值，这样可以不影响数据线或信号线上有用信号的传输。
而对于高频信号或者噪声，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2.应用b.直接卡在电源线上隔离或滤除电源连接导线窜入设备电路的高频噪声脉冲干扰,或卡在开关电源输出线上（如电脑开关电源），电源内部有一些线圈，电流流过是会产生交变的磁场并向外辐射，而这个磁环就是来抵消磁场产生的电磁辐射的用于消除电路内由于开关引起瞬变电流或寄生振荡产生的高频振荡特别有效。
如用在音视频电器电源线上能进一步提升音频及视频质量，倍受音响发烧友的倾爱。
用在其增加音响系统纯净度，降低信号线被电源线杂讯干扰3.应用注意a.电源线的阻抗比信号线低得多，故常见在电源线加装磁环b.铁氧体抑制元件应当安装在靠近干扰源的位置，即电缆的两端。
c.磁环的内外径差越大，轴向越长，则其阻抗越大，抗干扰效果也就越好d.磁环的效果取决于电路的阻抗，电路的阻抗越低，则磁环的效果越明显。
4.MISUMI实际产品5实际案例困扰：光伏电池片IV测试曲线受电磁干扰，在最大功率处出现失真现象通过实验反复测试，得知干扰源来自伺服电机，因为将伺服电机的主动力线断掉，明显不出现干扰现象。
伺服系统是闭环系统，驱动器与电机之间存在一定的高频振荡，高频影响了测量量的正确性。
故在测试系统的电缆和伺服系统电缆各加一个滤波磁环可以很好的过滤掉高频电磁的干扰。
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。
EMI 吸收环/ 珠是一种用铁氧体制成的元件，是一种吸收损耗型元件。
其特性表现为：吸收高频信号并将吸收的能量转化成热能耗散掉，从而达到抑制高频干扰信号沿导线传输的目的，其等效阻抗中电阻值分量是频率的函数，随着频率而变化。
EMI 吸收环/ 珠有效频段为2 1000MHz ，性能最佳频段则为5 200MHz ，在此频段吸收阻抗维持为一个常数。
EMI 吸收环/ 珠选择时要注意：通过电流大小正比于元件体积，两者失调，易造成饱和，降低元件性能，避免饱和的有效方法是将电源的两根线（正、负或火、地）同时穿过一个磁环。
磁环在使用中还有一个较好的方法是让穿过磁环的导线反复串几下，一来可提高穿过环的面积，增加等效吸收长度，二来充分利用磁环具有磁滞特点，改善低端特性。
它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似。
其电磁性能与添加金属成分以及烧结过程中的时间，温度与气体成分有关。
分装式磁环,要尽可能选用内径较小的，长度较长的磁环，同时，磁环一定要紧紧包住电缆，即磁环的内径尺寸要与电缆的外径尺寸紧密配合。
EMI电源滤波器基本知识介绍电磁干扰：因电磁骚扰引起设备、装置或系统性能下降的都是电磁干扰。
随着电子技术的迅速发展，电子设备得到广泛的应用，电磁环境污染日趋严重，已成为当今主要公害之一，越来越引起世界各国各行各业的广泛关注。
在许多领域，电磁兼容性已成为电气和电子产品必须有的技术指标或性能评价的依据，甚至关系到一个企业或一种产品的生死存亡。
EMI电源滤波器：电磁干扰（EMI）电源滤波器（以下简称滤波器）是由电感、电容等构成的无源双向多端口网络。
实际上它起两个低通滤波器的作用，一个衰减共模干扰，另一个衰减差模干扰。
它能在阻带（通常大于10KHz）范围内衰减射频能量而让工频无衰减或很少衰减地通过。
EMI电源滤波器是电子设备设计工程师控制传导电磁干扰和辐射电磁干扰的首选工具。
插入损耗：滤波器的插入损耗是不用滤波器时从噪声源传递到负载的噪声电压与插入滤波器时负载上的噪声电压之比。
插入损耗是在空载、50Ω系统条件下测试的，结果通常表示为在所关心频段内的衰减曲线（单位为分贝）。
插入损耗的计算可由下式求得：式中：V1 ─ 没有滤波器时负载上的噪声电压；V2 ─ 插入滤波器时负载上的噪声电压。
滤波器插入损耗测量结果通常表示为两种形式：一是插入损耗对频率的曲线，二是数据表。
共模和差模插入损耗的测试电路原理图如下所示：额定电流：额定电流是滤波器在额定频率、额定温度下允许通过的最大连续工作电流。
当环境温度不为额定温度时，滤波器允许通过的电流(Iop)可按下式计算，式中IN 为标称额定电流、θ为实际工作环境温度，泄漏电流：滤波器的泄漏电流是指在250VAC/50Hz的情况下，相线和中线与外壳（地）之间流过的电流。
它主要取决于连接在相线与地和中线与地间的共模电容（亦称为“Y”电容）。
泄漏电流是滤波器的一个重要参数。
Y电容的容量越大，共模阻抗越小，共模噪声抑制效果越好。
可以说泄漏电流是滤波器的一项性能指标, 泄漏电流越大，滤波器性能越好。
（1）用宽频LRC数字电桥测量其AL值（单匝电感量），见表1。
（2）用网络频谱分析仪分别测量其单匝共模线圈的Ls，XL，Rs，|Z|，IL的频率特性曲线，见表2。
3.分析：
电源滤波器对干扰的抑制性能是以插入损耗IL的dB数来表示的，其中共模线圈的抑制干扰可用图3中的等效电路表示。
图中，Zs=干扰源阻抗；ZR=负载阻抗；|Z|=共模线圈的阻抗。
Ca为共模线圈的分布电容，容量与绕线的线径、根数及绕组的圈数、叠加的程度有关，一般来讲，圈数越多，叠加的程度越高，分布电容的容量也越大。
在这里，由于我们只测试单匝绕组，所以Ca很小可忽略不记。
这样，单匝共模线圈抑制干扰可看成图4等效电路。
单匝共模线圈的插入损耗
其中；XL=jωLs= jωL0 u’；Rs=ωL0 u’’；ω=2πf
u’为铁氧体磁芯磁导率的实部；u’’为铁氧体磁芯磁导率的虚部；L0为空心电感的电感量。
从中可知，共模线圈的总阻抗是由铁氧体磁芯磁导率的实部u’和虚部u’’两部分组成的，u’构成磁芯的电感，而u’’代表磁芯的损耗。
两者的频率特性决定了共模线圈对不同频率干扰的抑制能力。
从表1中的AL值和表2中的Ls值可以看出，两种磁环的电感量在低频范围内基本保持不变，随着频率的增高，至一个转折频率达到最大，然后迅速下降，A类磁环的转折频率比B 类磁环的转折频率要高。
表2中Rs值在低频时很低，随着频率的增高而增加，至一个转折频率达到最大。
综合的比较表2中XL，Rs，|Z|的频率特性曲线，可以得到这样的结论，在低频段，磁导率的u’对|Z|起主要作用，而u’’对|Z|的影响很小，当频率超过u’的转折频率后，
线圈的总阻抗|Z|是由磁芯的实部u’和虚部u’’共同合成的。
从一个理想的抑制角度来讲，要求共模线圈在干扰频段内都能有很大的阻抗，由于共模干扰的频段很宽，所以是不可能完全实现的。
在应用中，可根据共模干扰能量主要集中频段来选用何种磁环作为共模线圈的磁芯。
在实验中我们看出，A类磁环在100kHz~500kHz频段内对共模干扰的抑制能力比B类磁环要好，这点可从图5两种磁环IL值频谱曲线比较中可证实。
总之，选用铁氧体磁环做EMI电源滤波器中共模电感的磁芯，不仅仅考虑磁芯的u’值，从抑制共模干扰的频率范围来讲，同时还应考虑磁芯的u’’值，即磁芯材料的电阻率对高频段的影响。
