0
  • 聊天消息
  • 系統(tǒng)消息
  • 評(píng)論與回復(fù)
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學(xué)習(xí)在線課程
  • 觀看技術(shù)視頻
  • 寫文章/發(fā)帖/加入社區(qū)
會(huì)員中心
創(chuàng)作中心

完善資料讓更多小伙伴認(rèn)識(shí)你,還能領(lǐng)取20積分哦,立即完善>

3天內(nèi)不再提示

共模電感的工作原理及計(jì)算方法

電磁兼容EMC ? 來源:電源研發(fā)精英圈 ? 作者:電源研發(fā)精英圈 ? 2022-04-26 13:50 ? 次閱讀

電感器作為磁性元件的重要組成部分,被廣泛應(yīng)用于電力電子線路中。尤其在電源電路中更是不可或缺的部分。如工業(yè)控制設(shè)備中的電磁繼電器,電力系統(tǒng)之電功計(jì)量表(電度表)。開關(guān)電源設(shè)備輸入和輸出端的濾波器,電視接收與發(fā)射端之調(diào)諧器等等均離不開電感器。電感器在電子線路中主要的作用有:儲(chǔ)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?yàn)?a target="_blank">功率電感不同于小信號(hào)處理電感,在設(shè)計(jì)時(shí)因開關(guān)電源的拓?fù)浞绞讲灰粯?,設(shè)計(jì)方式也就各有要求,造成設(shè)計(jì)的困難。當(dāng)前電源電路中的電感器主要用于濾波、儲(chǔ)能、能量傳遞以及功率因數(shù)校正等。電感器設(shè)計(jì)涵蓋了電磁理論,磁性材料以及安規(guī)等諸多方面的知識(shí),設(shè)計(jì)者需對(duì)工作情況和相關(guān)參數(shù)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(shè)計(jì)。

電感器的分類

電感器以其應(yīng)用環(huán)境、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、形狀、用途等可分為不同種類,通常電感器設(shè)計(jì)是以用途及應(yīng)用環(huán)境作為出發(fā)點(diǎn)而開始的。在開關(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(shù)校正電感(Power Factor Correction - PFC Choke)

交鏈耦合電感器(Coupler Choke)

儲(chǔ)能平波電感(Smooth Choke)

放大器線圈(MAG AMP Coil)

共模濾波電感器因要求兩線圈具有相同的電感值,相同的阻抗等,故該類電感均采用對(duì)稱性設(shè)計(jì),其形狀多為TOROID、UU、ET等形狀。

共模電感工作原理

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

在開關(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(duì)負(fù)載設(shè)備或開關(guān)電源本身造成損害,因此若干國家之安規(guī)機(jī)構(gòu)對(duì)電磁干擾(EMI)發(fā)射量均作出了相應(yīng)的管制規(guī)定。當(dāng)前開關(guān)電源的開關(guān)頻率日趨高頻化EMI也隨之日益嚴(yán)重,所以開關(guān)電源中均須設(shè)置EMI濾波器,EMI濾波器需對(duì)常模及共模噪聲均作出相應(yīng)的抑制,以達(dá)到某一規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。常模濾波器負(fù)責(zé)濾出輸入或輸出端兩根線間之差模干擾信號(hào),共模濾波器負(fù)責(zé)濾出兩條入線之共模干擾信號(hào)。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(shè)計(jì)或選用時(shí)應(yīng)于以區(qū)分。但其工作原理完全相同,工作原理如圖(1)所示:

7b069078-c3af-11ec-bce3-dac502259ad0.jpg

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圈,據(jù)右手螺旋管定則可知,當(dāng)在輸入端A、B兩端加上極性相反,信號(hào)幅值相同的差模電壓時(shí),有實(shí)線所示的電流i2,在磁芯中產(chǎn)生實(shí)線所示的磁通Φ2,只要保證兩繞組完全對(duì)稱,則磁芯中兩不同方向之磁通相互抵消。總磁通為零,線圈電感幾乎為零,對(duì)常模信號(hào)無阻抗作用。若在輸入端A、B兩端加上極性相同,幅值相等的共模信號(hào)時(shí),有虛線所示的電流i1,在磁芯中產(chǎn)生虛線所示的磁通Φ1,則磁芯中磁通有相同的方向而互相加強(qiáng),使每一線圈的電感值為單獨(dú)存在時(shí)的兩倍,而XL =ωL,因此,此一繞法的線圈對(duì)共模干擾有很強(qiáng)的抑制作用。

實(shí)際的EMI濾波器由L、C組合而成,設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)時(shí)需依據(jù)濾波電容的大小以及所需符合的安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)作出電感值的決定。

圖中L1、L2、C1構(gòu)成常模濾波器,L3、C2、C3構(gòu)成共模濾波器。

7b107cfa-c3af-11ec-bce3-dac502259ad0.png

圖2 EMI濾波器電路

在設(shè)計(jì)共模電感之前,首先要考察線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(duì)高頻干擾信號(hào)要有足夠大的阻抗,且有一定的頻寬,而對(duì)工作頻率之信號(hào)電流有最小的阻抗。

3 >電感的溫度系數(shù)應(yīng)小,而分布電容宜小。

4 >直流電阻應(yīng)盡量小。

5 >感應(yīng)電感應(yīng)盡量大,電感值需穩(wěn)定。

6 >繞組間之絕緣性須滿足安規(guī)要求。

共模電感器之設(shè)計(jì)步驟:

Step 0 SPEC取得:EMI允許級(jí)別,應(yīng)用位置。

Step 1電感值確定。

Step 2 core材質(zhì)及規(guī)格確定。

Step 3繞組匝數(shù)及線徑確定。

Step 4打樣

Step 5測(cè)試

設(shè)計(jì)舉例

7b2263f2-c3af-11ec-bce3-dac502259ad0.png

圖3實(shí)際EMI濾波器

Step 0 : 如圖3所示EMI濾波電路

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

Type : Ac Common Mode Choke

Step 1:電感(L)確定:

由電路圖可知共模信號(hào)由L3和C2、C3組成的共模濾波器抑制,實(shí)際L3與C2和C3構(gòu)成兩路LC串聯(lián)電路,分別吸收L和N在線的噪聲。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(cè)試頻寬如下:

傳導(dǎo)干擾:150KHZ →30MHZ(注:VDE標(biāo)準(zhǔn)10KHZ - 30M)

輻射干擾:30MHZ 1GHZ

實(shí)際的濾波器無法達(dá)到理想濾波器那樣陡峭的阻抗曲線,通??蓪⒔刂诡l率設(shè)定在50KHZ左右。在此,假設(shè)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(duì)EMI抑制效果越好,但過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(一般開關(guān)電源的噪聲成分約為5 ~10MHZ間,但也有超過10MHZ之情形)。另外,電感量愈高,則繞線匝數(shù)愈多,或CORE之ui越高,如此將造成低頻阻抗增加(DCR變大)。匝數(shù)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。過高的ui使CORE極易飽和,同時(shí)制作也極困難,成本也較高。

7b394f36-c3af-11ec-bce3-dac502259ad0.png

圖4有分布電容Cd之等效電路圖

Step 2 CORE材質(zhì)及SIZE確定

從前述設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)時(shí)并無一定的規(guī)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(nèi),以所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品體積最小化即可。

因此,CORE材質(zhì)及SIZE提取應(yīng)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(yīng)用于共模電感,而該類磁芯卻是常模電感器之優(yōu)選材料。

Step 3確定匝數(shù)N和線徑dw

首先確定CORE之規(guī)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(shè)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實(shí)做樣品進(jìn)行測(cè)試,方可確認(rèn)設(shè)計(jì)之可靠性,因?yàn)橹谱鞴に嚨牟町愐矊?dǎo)致電感參數(shù)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(duì)稱性,使兩組感量差異變大,對(duì)常模信號(hào)形成一定阻抗。

小結(jié)

1 >共模電感器的作用是濾除線路中的共模噪聲,設(shè)計(jì)時(shí)要求兩繞組具有完全對(duì)稱的結(jié)構(gòu),電參數(shù)相同。

2 >共模電感的分布電容對(duì)抑制高頻噪聲有負(fù)面影響,應(yīng)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。

原文標(biāo)題:開關(guān)電源共模電感計(jì)算其實(shí)并不難!

文章出處:【微信公眾號(hào):電磁兼容EMC】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

審核編輯:湯梓紅

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場(chǎng)。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請(qǐng)聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
  • 開關(guān)電源
    +關(guān)注

    關(guān)注

    6441

    文章

    8270

    瀏覽量

    480125
  • 電感器
    +關(guān)注

    關(guān)注

    20

    文章

    2321

    瀏覽量

    70362
  • 共模電感
    +關(guān)注

    關(guān)注

    9

    文章

    532

    瀏覽量

    26891

原文標(biāo)題:開關(guān)電源共模電感計(jì)算其實(shí)并不難!

文章出處:【微信號(hào):EMC_EMI,微信公眾號(hào):電磁兼容EMC】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

收藏 人收藏

    評(píng)論

    相關(guān)推薦

    電感工作原理與設(shè)計(jì)pdf

    電感工作原理與設(shè)計(jì) 概述電感器分類電感的
    發(fā)表于 10-12 17:05

    電感工作原理

    `電感工作原理為什么電感能防EMI?
    發(fā)表于 01-05 15:59

    電感的分類及應(yīng)用

    以用來抑制電流騷擾。扼流圈工作原理及插入損耗特性(或稱阻抗特性): 1、 工作原理
    發(fā)表于 05-21 09:11

    扼流圈的工作原理是什么?

    電感扼流圈是開關(guān)電源、變頻器、UPS電源等設(shè)備中的一個(gè)重要部分。其工作原理:當(dāng)工作電流流過兩個(gè)繞向相反線圈時(shí),產(chǎn)生兩個(gè)相互抵消的磁場(chǎng) H
    發(fā)表于 10-22 09:12

    電感工作原理及應(yīng)用

    電感是一個(gè)以鐵氧體為磁芯的干擾抑制器件,它由兩個(gè)尺寸相同,匝數(shù)相同的線圈對(duì)稱地繞制在同一個(gè)鐵氧體環(huán)形磁芯上,形成一個(gè)四端器件,要對(duì)于
    發(fā)表于 03-04 09:42 ?1.9w次閱讀

    電感工作原理電感的作用介紹

    電感(Common modeChoke),也叫扼流圈,常用于電腦的開關(guān)電源中過濾
    發(fā)表于 06-28 17:13 ?3868次閱讀

    電感工作原理是怎樣的

    如何理解電感工作原理,為什么會(huì)接在開關(guān)電源交流一側(cè)? 一、
    發(fā)表于 06-30 17:58 ?8044次閱讀

    電感工作原理是什么

    工作原理: 當(dāng)工作電流流過兩個(gè)繞向相反線圈時(shí),產(chǎn)生兩個(gè)相互抵消的磁場(chǎng),此時(shí)工作電流受線圈歐姆電阻以及漏電感的阻尼影響,如有干擾信號(hào)流過線圈時(shí),線圈即呈現(xiàn)出高阻抗,產(chǎn)生很強(qiáng)的阻尼效果,
    的頭像 發(fā)表于 08-24 17:42 ?1.9w次閱讀

    電感的結(jié)構(gòu)及工作原理

    電感,又稱扼流圈,通常用于過濾開關(guān)電源中的電磁干擾信號(hào)。
    的頭像 發(fā)表于 06-18 14:43 ?2267次閱讀

    什么是電感?電感工作原理和應(yīng)用

    電感有時(shí)候也叫扼流圈,它是一種用于濾除
    的頭像 發(fā)表于 08-03 09:20 ?6719次閱讀
    什么是<b class='flag-5'>共</b><b class='flag-5'>模</b><b class='flag-5'>電感</b>?<b class='flag-5'>共</b><b class='flag-5'>模</b><b class='flag-5'>電感</b>的<b class='flag-5'>工作原理</b>和應(yīng)用

    電感工作原理?電感為什么會(huì)接在開關(guān)電源交流一側(cè)?

    電感工作原理?電感為什么會(huì)接在開關(guān)電源交流
    的頭像 發(fā)表于 11-30 15:07 ?1665次閱讀

    電感怎么測(cè)量電感電感的原理與作用

    電感工作原理是通過電感的電磁感應(yīng)作用,抵消
    發(fā)表于 12-06 15:43 ?8046次閱讀
    <b class='flag-5'>共</b><b class='flag-5'>模</b><b class='flag-5'>電感</b>怎么測(cè)量<b class='flag-5'>電感</b>值 <b class='flag-5'>共</b><b class='flag-5'>模</b><b class='flag-5'>電感</b>的原理與作用

    扼流圈的工作原理 扼流圈的優(yōu)缺點(diǎn) 扼流圈的應(yīng)用

    扼流圈的工作原理 扼流圈的優(yōu)缺點(diǎn) 扼流圈
    的頭像 發(fā)表于 12-21 16:34 ?1256次閱讀

    電感與差電感的區(qū)別

    在電子電路設(shè)計(jì)和信號(hào)處理中,電感器扮演著至關(guān)重要的角色。其中,電感和差電感作為兩種不同類型
    的頭像 發(fā)表于 05-28 14:54 ?1810次閱讀

    電感壞了怎么配型號(hào)

    電感是電子電路中常見的一種元件,主要用于抑制噪聲,提高信號(hào)傳輸質(zhì)量。當(dāng)
    的頭像 發(fā)表于 08-21 09:54 ?407次閱讀