可飽和電感特性及開關噪聲抑制作用

　　1　引言

　　可飽和電感是一種磁滯回線矩形比高、起始磁導率高、矯頑力小、具有明顯磁飽和點的電感，在電子電路中常被當作可控延時開關元件來使用。由于具有獨特的物理特性，可飽和電感在高頻開關電源的開關噪聲抑制技術及大電流輸出輔路穩(wěn)壓技術等方面也得到了日益廣泛的應用。

　　2　可飽和電感的基本物理特性

　　圖1(a)和圖1(b)分別是普通鐵氧體電感和可飽和電感的磁滯回線。從兩者的對比中可以明顯看出可飽和電感具有高磁滯回線矩形比(Br/Bs)、高起始磁導率mi、低矯頑力Hc、明顯的磁飽和點(A，B)等特怔。此外，由圖1(b)還可以看出，可飽和電感的磁滯回線所包圍的面積狹小，所以可飽和電感的高頻磁滯損耗相應也較小。由于可飽和電感通常是由微晶、非晶、坡莫合金等鐵磁性材料制造的，所以可飽和電感一般都具有很高的起始磁導率mi和很高的飽和磁感應

　　強度Bs。由于物理特性上的差異,可飽和電感在應用方面與普通鐵氧體電感有兩個顯著的不同之處：

　　(1)由于飽和磁場強度很小，所以可飽和電感的儲能能力很弱，不能被當作儲能電感使用?？娠柡碗姼械淖畲髢δ蹺m的理論值可由下式表示：

　　Em=m•H2•V/2　　　　　　　　　　　　　　　　　(1)

　　式中：m：臨界飽和點磁導率;H：臨界飽和點磁場強度;V：磁性材料的有效體積。

　　(2)由于可飽和電感的起始磁導率高、磁阻小，電感系數和電感量都很大，在施加外部電壓時，電感內部起始電流增長緩慢，只有經過DT的延時時間后，當電感線圈中的電流達到一定數值時，可飽和電感才會立即飽和，具有非常明顯的開關特性，因而在電路中常被當作可控延時開關元件使用，可飽和電感的這種開關特性是普通鐵氧體電感所不具備的。

　　普通鐵氧體電感和可飽和電感在直流電壓Vdc作用下的電流強度I隨時間t變化的曲線如圖2(a)和圖2(b)所示。

　　3　可飽和電感的開關噪聲抑制作用

　　開關電源通常都工作在幾十千赫茲到幾百千赫茲的頻段內，電源次級側的整流二極管在高頻關斷過程中會流過較大的反向恢復電流，因此形成的電源導通尖峰噪聲是開關電源噪聲的重要組成部分。設法減小整流二極管的反向恢復電流，從而減小開關電源的傳導和輻射噪聲是開關電源設計中的一個重要方面。

　　在圖3(a)所示的正激電源電路中，當初級功率管V1開始導通，次級整流二極管D1開始導通，D2開始截止時，由于二極管PN結的電荷存儲效應，D2中流過了電流變化率di/dt很大的反向恢復尖峰電流i，致使V1、D1中也有相應的尖峰電流流過，在漏感、線電感等因素的共同作用下會在電源輸出端產生高頻的導通噪聲。在D2上施加的反向電壓越大，D2的反向恢復時間越長，反向恢復電流變化率di/dt就越大，電源輸出噪聲也就越大。大的反向恢復尖峰電流，不僅會產生電源噪聲，也容易損壞整流器件。

　　當初級功率管V1開始截止，次級整流二極管D1開始截止，D2開始導通續(xù)流時，由于同樣的原因，電源輸出端也會產生高頻關斷噪聲，關斷噪聲通常較導通噪聲小很多，一般不作為電源設計考慮的重點。

　　為了有效減小整流二極管的反向恢復電流、抑制反向恢復電流變化率，在電源設計中通常采取的措施有：選用無PN結電荷存儲效應、反向恢復時間很短的肖特極二極管或選用反向恢復電流變化率小，具有軟恢復特性的整流二極管作為次級整流器件;在整流二極管兩端并入RC緩沖電路，或在整流二極管中串聯小電感以軟化開關電壓或反向恢復電流的變化率。由于可飽和電感具有電感系數大、容易飽和、儲能作用弱等特點，所以非常適合作為限流電感串聯在整流二極管中，從而使整流二極管反向恢復電流的幅值及變化率都被限制在一個合理的范圍內。

　　在圖3(b)所示電路中，當V1開始導通，D1開始導通，D2開始截止時，由于可飽和電感Ls的限流作用，D2中流過的反向恢復電流的幅值和變化率都會顯著減小，從而有效地抑制了高頻導通噪聲的產生。在二極管D2導通、關斷、導通的過程中，Ls中磁感應強度的變化如圖4所示。D2中的電流由正向電流、零電流、最大反向電流再到零電流的反向恢復過程中，Ls中相應的磁感應強度位于圖4中的A、B、C、D各點。在二極管D2續(xù)流導通后，相應的磁感應強度將會由D點重新過渡到A點。在D2由截止變?yōu)閷ɡm(xù)流時，由于Ls存在著導通延時時間DT，這會影響D2的續(xù)流作用，并會在D2的負極產生負值尖峰電壓，在電路中增加輔助二極管D3及電阻R1，可以較好地解決這一問題。

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