欧美激情久久久久久,人妻久久精品天天中文字幕,国产精品无码色一区二区三区按摩 ,日韩中文无码有码免费视频

高頻開(kāi)關(guān)電源的共模電感計算方法有哪些?

電感器作為磁性元件的重要組成部分,被廣泛應用于電力電子線(xiàn)路中。尤其在電源電路中更是不可或缺的部分,如工業(yè)控制設備中的電磁繼電器,電力系統之電功計量表(電度表)。


高頻開(kāi)關(guān)電源設備輸入和輸出端的濾波器,電視接收與發(fā)射端之調諧器等等均離不開(kāi)電感器。電感器在電子線(xiàn)路中主要的作用有:儲能、濾波、扼流、諧振等。


在電源電路中,由于電路處理的均是大電流或高電壓的能量傳遞,故電感器多為“功率型”電感。正是因為功率電感不同于小信號處理電感,在設計時(shí)因高頻開(kāi)關(guān)電源的拓撲方式不一樣,設計方式也就各有要求,造成設計的困難。

當前電源電路中的電感器主要用于濾波、儲能、能量傳遞以及功率因數校正等。電感器設計涵蓋了電磁理論,磁性材料以及安規等諸多方面的知識,設計者需對工作情況和相關(guān)參數要求(如:電流、電壓、頻率、溫升、材料特性等)有清楚了解以作出最合理的設計。


電感器的分類(lèi)


電感器以其應用環(huán)境、產(chǎn)品結構、形狀、用途等可分為不同種類(lèi),通常電感器設計是以用途及應用環(huán)境作為出發(fā)點(diǎn)而開(kāi)始的。在高頻開(kāi)關(guān)電源中以其用途不同,電感器可分為:


共模濾波電感器(Common Mode Choke)

常模濾波電感器(Normal Mode Choke)

功率因數校正電感(Power Factor Correction - PFC Choke)

交鏈耦合電感器(Coupler Choke)

儲能平波電感(Smooth Choke)

磁放大器線(xiàn)圈(MAG AMP Coil)


共模濾波電感器因要求兩線(xiàn)圈具有相同的電感值,相同的阻抗等,故該類(lèi)電感均采用對稱(chēng)性設計,其形狀多為T(mén)OROID、UU、ET等形狀。


共模電感的工作原理


共模濾波電感器又稱(chēng)共模扼流線(xiàn)圈(以下簡(jiǎn)稱(chēng)共模電感或CM.M.Choke)或Line Filter。


在高頻開(kāi)關(guān)電源中,由于整流二極管和濾波電容以及電感中的電流或電壓急劇變化,產(chǎn)生電磁干擾源(noise),同時(shí)輸入電源中也存在工頻以外的高次諧波噪聲。


這些干擾若不加以扼制,將對負載設備或高頻開(kāi)關(guān)電源本身造成損害,因此若干國家之安規機構對電磁干擾(EMI)發(fā)射量均作出了相應的管制規定。


當前高頻開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率日趨高頻化EMI也隨之日益嚴重,所以高頻開(kāi)關(guān)電源中均須設置EMI濾波器,EMI濾波器需對常模及共模噪聲均作出相應的抑制,以達到某一規定標準。


常模濾波器負責濾出輸入或輸出端兩根線(xiàn)間之差模干擾信號,共模濾波器負責濾出兩條入線(xiàn)之共模干擾信號。


實(shí)際共模電感因其工作環(huán)境不同,又可分為 AC CM.M.CHOKE ;DC CM.M.CHOKE 和 SIGNAL CM.M.CHOKE 三種,在設計或選用時(shí)應于以區分,但其工作原理完全相同,工作原理如圖(1)所示:


高頻開(kāi)關(guān)電源的共模電感計算方法有哪些?

圖1共模電感的作用

如圖所示,在同一磁環(huán)上繞上兩組方向相反的線(xiàn)圈,據右手螺旋管定則可知,當在輸入端A、B兩端加上極性相反,信號幅值相同的差模電壓時(shí),有實(shí)線(xiàn)所示的電流i2,在磁芯中產(chǎn)生實(shí)線(xiàn)所示的磁通Φ2,只要保證兩繞組完全對稱(chēng),則磁芯中兩不同方向之磁通相互抵消。


總磁通為零,線(xiàn)圈電感幾乎為零,對常模信號無(wú)阻抗作用。若在輸入端A、B兩端加上極性相同,幅值相等的共模信號時(shí),有虛線(xiàn)所示的電流i1,在磁芯中產(chǎn)生虛線(xiàn)所示的磁通Φ1,則磁芯中磁通有相同的方向而互相加強,使每一線(xiàn)圈的電感值為單獨存在時(shí)的兩倍,而XL =ωL,因此,此一繞法的線(xiàn)圈對共模干擾有很強的抑制作用。


實(shí)際的EMI濾波器由L、C組合而成,設計時(shí)也常常將差模與共模抑制電路組合在一起(如圖2),因此,設計時(shí)需依據濾波電容的大小以及所需符合的安規標準作出電感值的決定。


圖中L1、L2、C1構成常模濾波器,L3、C2、C3構成共模濾波器。


高頻開(kāi)關(guān)電源的共模電感計算方法有哪些?

圖2 EMI濾波器電路


在設計共模電感之前,首先要考察線(xiàn)圈須行符合以下原則:


1、正常工作狀態(tài)下,不致因通電電源電流而造成磁芯飽和;

2、對高頻干擾信號要有足夠大的阻抗,且有一定的頻寬,而對工作頻率之信號電流有最小的阻抗;

3、電感的溫度系數應小,而分布電容宜??;

4、直流電阻應盡量??;

5、感應電感應盡量大,電感值需穩定;

6、繞組間之絕緣性須滿(mǎn)足安規要求。


共模電感器之設計步驟:


Step 0 SPEC取得:EMI允許級別,應用位置

Step 1電感值確定

Step 2 core材質(zhì)及規格確定

Step 3繞組匝數及線(xiàn)徑確定

Step 4打樣

Step 5測試

Step 0 : 如圖3所示EMI濾波電路 

 

CX = 1.0 Uf Cy = 3300PF EMI等級 : Fcc Class  

 Type : Ac Common Mode Choke 


Step 1:電感(L)確定:


由電路圖可知共模信號由L3和C2、C3組成的共模濾波器抑制,實(shí)際L3與C2和C3構成兩路LC串聯(lián)電路,分別吸收L和N在線(xiàn)的噪聲。只要確定濾波電路的截止頻率,也已知電容容量C,則可以下式求出電感L:

 

fo= 1/(2π√LC)L → 1/(2πfo)2C 


通常EMI測試頻寬如下:


傳導干擾:150KHZ →30MHZ(注:VDE標準10KHZ - 30M)

輻射干擾:30MHZ 1GHZ


實(shí)際的濾波器無(wú)法達到理想濾波器那樣陡峭的阻抗曲線(xiàn),通??蓪⒔刂诡l率設定在50KHZ左右。在此,假設f o = 50KHZ,則:


L =1/(2πfo)2C = 1/ [( 2*3.14*50000)2 *3300*10-12] = 3.07mH

L1、L2、C1組成(低通)常模濾波器,線(xiàn)間電容有1.0uF,則常模電感為:

L = 1/ [( 2*3.14*50000)2 *1*10-6] = 10.14uH


如此,可得到理論要求的電感值,若想獲得更低的截止頻率fo,則可進(jìn)一步加大電感值,截止頻率一般不低于10KHZ。


理論上電感量越高對EMI抑制效果越好,但過(guò)高的電感將使截止頻率更低,而實(shí)際的濾波器只能做到一定寬帶,也就使高頻噪聲的抑制效果變差(一般高頻開(kāi)關(guān)電源的噪聲成分約為5 ~10MHZ間,但也有超過(guò)10MHZ之情形)。


另外,電感量愈高,則繞線(xiàn)匝數愈多,或CORE之ui越高,如此將造成低頻阻抗增加(DCR變大)。


匝數增加使分布電容也隨之增大(如圖4),使高頻電流全部經(jīng)此電容流通。過(guò)高的ui使CORE極易飽和,同時(shí)制作也極困難,成本也較高。


Step 2:CORE材質(zhì)及SIZE確定


從前述設計要求中可知,共模電感器需不易飽和,如此就需要選擇低B - H角形比之材料,因需要較高的電感值,磁芯的ui值也就要高,同時(shí)還必須有較低的磁芯損耗和較高的Bs值,符合上述要求之CORE材質(zhì),目前以Mn - Zn鐵氧體材料CORE最為合適。


COEE SIZE在設計時(shí)并無(wú)一定的規定,原則上只要符合所需電感量,且在允許的低頻損耗范圍內,以所設計的產(chǎn)品體積最小化即可。


因此,CORE材質(zhì)及SIZE提取應以成本、允許損耗、安裝空間等作考察。共模電感常用CORE之ui約在2000 ~ 10000之間。


Iron Powder Core也有低的鐵損,高的Bs和較低的B - H角形比率,但其ui較低,故一般不被應用于共模電感,而該類(lèi)磁芯卻是常模電感器之優(yōu)選材料。


Step 3:確定匝數N和線(xiàn)徑dw


首先確定CORE之規格,如本例采用T18*10*7、A10、AL = 8230±30%,則:

N = √L / AL = √(3.07*106 ) / (8230*70%) = 23 TS

線(xiàn)徑以電流密度3 ~ 5A / mm2為選擇原則,若空間允許可選擇盡量低的電流密度。


假設本例輸入電流I i = 1.2A,取J = 4 A / mm2,則:


Aw = 1.2 / 4 = 0.3 mm2

Φ0.70 mm


實(shí)際的共模電感還必需通過(guò)實(shí)做樣品進(jìn)行測試,方可確認設計之可靠性,因為制作工藝的差異也將導致電感參數的差異而影響濾波效果。


如分布電容的增加,將使高頻噪聲更易傳遞,兩繞組的不對稱(chēng)性,使兩組感量差異變大,對常模信號形成一定阻抗。


小結


1 、共模電感器的作用是濾除線(xiàn)路中的共模噪聲,設計時(shí)要求兩繞組具有完全對稱(chēng)的結構,電參數相同。

2 、共模電感的分布電容對抑制高頻噪聲有負面影響,應盡量減小。

3 、共模電感的感值與須濾除的噪聲頻帶及配合電容容量有關(guān),通常感值在2mH ~50 mH之間

圖片加載中...

在線(xiàn)留言

◎歡迎您的留言,您也可以通過(guò)以下方式聯(lián)系我們:

◎客戶(hù)服務(wù)熱線(xiàn):021-51095123

◎郵箱:xin021@126.com

展開(kāi)