开关电源共模电感@@计算其实并不难@@!

电感@@器作为磁性@@@@188足彩外围@@app 的重要组成@@部分@@,被广泛应用于电力电子@@线路中@@。尤其在电源电路中@@更是不可或@@缺的部分@@。如@@工业控制设备@@中的电磁继电器@@,电力系统之@@电功计量表@@(电度表@@)。开关电源设备@@输入和@@输出端的滤波@@器@@@@,电视接收与@@发射端之@@调谐器等等均离不开电感@@器@@。电感@@器在电子@@线路中主要的作用有@@:储能@@、滤波@@、扼流@@、谐振等@@。在电源电路中@@,由于电路处理的均是大电流@@或@@高电压@@的能量传递@@,故电感@@器多为@@“功率型@@”电感@@。正是因为功率电感@@不同于小信号处理电感@@@@,在设计时因开关电源的拓扑方式不一样@@,设计方式也就各有要求@@,造成设计的困难@@。当前电源电路中的电感@@器主要用于滤波@@@@、储能@@、能量传递以及功率因数校正等@@。电感@@器设计涵盖了电磁理论@@,磁性@@材料以及安规等诸多方面的知识@@,设计者需对工作情况和@@相关参数要求@@(如@@:电流@@、电压@@、频率@@、温升@@、材料特性@@等@@)有清楚了解以作出最合理的设计@@。

电感@@器的分类@@

电感@@器以其应用环境@@、产品结构@@、形状@@、用途等可分为不同种类@@,通常@@电感@@器设计是以用途及应用环境作为出发点而@@开始的@@。在开关电源中@@以其用途不同@@,电感@@器可分为@@:

共模滤波@@电感@@器@@(Common Mode Choke)

常模滤波@@电感@@器@@(Normal Mode Choke)

功率因数校正电感@@@@(Power Factor Correction - PFC Choke)

交链耦合电感@@器@@(Coupler Choke)

储能@@平波电感@@@@(Smooth Choke)

磁放大器线圈@@(MAG AMP Coil)

共模滤波@@电感@@器@@因要求两线圈具有相同的电感@@值@@@@,相同的阻抗等@@,故该类电感@@均采用对称性@@设计@@,其形状@@多为@@TOROID、UU、ET等形状@@@@。

共模电感@@的工作原理@@

共模滤波@@电感@@器@@又称共模扼流@@线圈@@(以下简称共模电感@@或@@@@CM.M.Choke)或@@Line Filter。

在开关电源中@@,由于整流二极管和@@滤波@@电容以及电感@@中的电流@@或@@电压@@急剧变化@@,产生电磁干扰源@@(noise),同时输入电源中也存在工频以外的高次谐波噪声@@,这些干扰若不加以扼制@@,将对负载设备@@或@@开关电源本身造成损害@@,因此@@若干国家之@@安规机构对电磁干扰@@(EMI)发射量均作出了相应的管制规定@@。当前开关电源的开关频率@@日趋高频化@@EMI也随之@@日益严重@@,所以开关电源中均须设置@@EMI滤波@@器@@,EMI滤波@@器@@需对常模及共模噪声均作出相应的抑制@@,以达到某一规定标准@@@@。常模滤波@@器@@@@负责滤出输入或@@输出端两根线间@@之@@差模干扰信号@@,共模滤波@@器@@负责滤出两条入线之@@共模干扰信号@@。实际@@共模电感@@因其工作环境不同@@,又可分为@@AC CM.M.CHOKE;DC CM.M.CHOKE和@@SIGNAL CM.M.CHOKE三种@@,在设计或@@选用时应于以区分@@。但其@@工作原理完全相同@@,工作原理如@@图@@@@@@(1)所示@@:

图@@1共模电感@@的作用@@

图@@1共模电感@@的作用@@

如@@图@@@@所示@@@@,在同一磁环上绕上两组方向相反的线圈@@,据右手螺旋管定则@@可知@@,当在输入端@@A、B两端加上极性@@相反@@,信号幅值@@相同的差模电压@@时@@,有实线所示@@的电流@@@@i2,在磁芯中产生实线所示@@的磁通@@Φ2,只要保证两绕组完全对称@@,则@@磁芯中两不同方向之@@磁通相互抵消@@。总磁通为零@@,线圈电感@@几乎为零@@,对常模信号无阻抗作用@@。若在输入端@@A、B两端加上极性@@相同@@,幅值@@相等的共模信号时@@,有虚线所示@@的电流@@@@i1,在磁芯中产生虚线所示@@的磁通@@Φ1,则@@磁芯中磁通有相同的方向而@@互相加强@@,使@@每一线圈的电感@@值@@为单独存在时的两倍@@,而@@XL =ωL,因此@@,此一绕法的线圈对共模干扰有很强的抑制作用@@。

实际@@的@@EMI滤波@@器@@由@@L、C组合而@@成@@,设计时也常常将差模与@@共模抑制电路组合在一起@@(如@@图@@@@2),因此@@,设计时需依据滤波@@电容的大小以及所需符合的安规标准@@作出电感@@值@@的决定@@。

图@@中@@L1、L2、C1构成常模滤波@@器@@@@@@,L3、C2、C3构成共模滤波@@器@@@@。

图@@2 EMI滤波@@器@@电路@@

图@@2 EMI滤波@@器@@电路@@

在设计共模电感@@之@@前@@,首先要考察线圈须行符合以下原则@@@@:

1 >正常工作状态下@@,不致因通电电源电流@@而@@造成磁芯饱和@@@@。

2 >对高频干扰信号要有足够大的阻抗@@,且有一定的频宽@@,而@@对工作频率@@之@@信号电流@@有最小的阻抗@@。

3 >电感@@的温度系数应小@@,而@@分布电容宜小@@。

4 >直流电阻应尽量小@@。

5 >感应电感@@应尽量大@@,电感@@值@@需稳定@@。

6 >绕组间@@之@@绝缘性@@须满足安规要求@@。

共模电感@@器之@@设计步骤@@:

Step 0 SPEC取@@得@@:EMI允许级别@@,应用位置@@。

Step 1电感@@值@@确定@@@@。

Step 2 core材质@@及@@规格确定@@@@。

Step 3绕组匝数及线径确定@@@@。

Step 4打样@@

Step 5测试@@

设计举例@@

图@@3实际@@EMI滤波@@器@@

图@@3实际@@EMI滤波@@器@@

Step 0 : 如@@图@@@@3所示@@EMI滤波@@电路@@

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

Type : Ac Common Mode Choke

Step 1:电感@@(L)确定@@:

由电路图@@可知共模信号由@@L3和@@C2、C3组成@@的共模滤波@@器@@抑制@@,实际@@L3与@@C2和@@C3构成两路@@LC串联电路@@,分别吸收@@L和@@N在线的噪声@@。只要确定@@滤波@@电路@@的截止频率@@@@,也已知电容容量@@C,则@@可以下式求出电感@@@@L。

fo= 1/(2π√LC)L → 1/(2πfo)2C

通常@@EMI测试@@频宽如@@下@@:

传导干扰@@:150KHZ →30MHZ(注@@:VDE标准@@10KHZ - 30M)

辐射干扰@@:30MHZ 1GHZ

实际@@的@@滤波@@器@@无法达到理想滤波@@器@@那样陡峭的阻抗曲线@@,通常@@可将截止频率@@设定在@@50KHZ左右@@。在此@@,假设@@f o = 50KHZ,则@@

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

L1、L2、C1组成@@(低通@@)常模滤波@@器@@@@,线间@@电容有@@1.0uF,则@@常模电感@@为@@:

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

如@@此@@,可得到理论要求的电感@@值@@@@,若想获得更低的截止频率@@@@fo,则@@可进一步加大电感@@值@@@@,截止频率@@一般不低于@@10KHZ。理论上电感@@量越高@@对@@EMI抑制效果越好@@,但过高的@@@@电感@@将使@@截止频率@@更低@@,而@@实际@@的@@滤波@@器@@只能做到一定宽带@@,也就使@@高频噪声的抑制效果变差@@(一般开关电源的噪声成分约为@@5 ~10MHZ间@@,但也有超过@@10MHZ之@@情形@@)。另外@@,电感@@量愈高@@,则@@绕线匝数愈多@@,或@@CORE之@@ui越高@@,如@@此@@将造成低频阻抗增加@@(DCR变大@@)。匝数增加使@@分布电容也随之@@增大@@(如@@图@@@@4),使@@高频电流@@全部经此电容流通@@。过高的@@@@ui使@@CORE极易饱和@@@@,同时制作也极困难@@,成本也较高@@。

图@@4有分布电容@@Cd之@@等效电路图@@@@
图@@4有分布电容@@Cd之@@等效电路图@@@@

Step 2 CORE材质@@及@@SIZE确定@@

从前述设计要求中可知@@,共模电感@@器需不易饱和@@@@,如@@此@@就需要选择低@@B - H角形比之@@材料@@,因需要较高的@@电感@@值@@@@,磁芯的@@ui值@@也就要高@@,同时还必须有较低@@的磁芯损耗和@@较高的@@@@Bs值@@,符合上述要求之@@@@CORE材质@@,目前以@@Mn - Zn铁氧体材料@@CORE最为合适@@。

COEE SIZE在设计时并无一定的规定@@,原则@@上只要符合所需电感@@量@@,且在允许的低频损耗范围内@@,以所设计的产品体积最小化即可@@。

因此@@,CORE材质@@及@@SIZE提取@@应以成本@@、允许损耗@@、安装空间@@@@等作考察@@。共模电感@@常用@@CORE之@@ui约在@@2000 ~ 10000之@@间@@@@。Iron Powder Core也有低的铁损@@,高的@@Bs和@@较低@@的@@B - H角形比率@@,但其@@ui较低@@,故一般不被应用于共模电感@@@@,而@@该类磁芯却是常模电感@@器之@@优选材料@@。

Step 3确定@@匝数@@N和@@线径@@dw

首先确定@@@@CORE之@@规格@@,如@@本例采用@@T18*10*7、A10、AL = 8230±30%,则@@:

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

线径以电流@@密度@@3 ~ 5A / mm2为选择原则@@@@,若空间@@@@允许可选择尽量低的电流@@密度@@。假设@@本例输入电流@@@@I i = 1.2A,取@@J = 4 A / mm2

则@@Aw = 1.2 / 4 = 0.3 mm2   Φ0.70 mm

实际@@的@@共模电感@@还必需通过实做样品进行测试@@@@,方可确认设计之@@可靠性@@@@,因为制作工艺的差异也将导致电感@@参数的差异而@@影响滤波@@效果@@,如@@分布电容的增加@@,将使@@高频噪声更易传递@@,两绕组的不对称@@性@@,使@@两组感量差异变大@@@@,对常模信号形成一定阻抗@@。

小结@@

1 >共模电感@@器的作用是滤除线路中的共模噪声@@,设计时要求两绕组具有完全对称的结构@@,电参数相同@@。

2 >共模电感@@的分布电容对抑制高频噪声有负面影响@@,应尽量减小@@。

3 >共模电感@@的感值@@与@@须滤除的噪声频带及配合电容容量有关@@,通常@@感值@@在@@2mH ~50 mH之@@间@@@@

本文转载自@@:EDA365电子@@论坛@@