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          軟磁材料基礎(chǔ)知識連載(三)

          作者: 時間:2011-03-04 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          共模電感工作原理與設(shè)計要點(diǎn):

          1、共模點(diǎn)感工作原理:

          在開關(guān)電源接到交流電網(wǎng)的輸入端,為減少對電網(wǎng)的干擾,通常都接有共模濾波器。使得電源滿足電磁兼容要求。

          開關(guān)電源的共模濾波器(如圖),對相線L(進(jìn)入)和中線N(返回)電流在線圈中產(chǎn)生的磁場(差模)大小相等,而方向相反,合成磁場近似為零。而對干擾源雙線或電網(wǎng)(L和N)對大地同相噪聲(共模噪聲)呈現(xiàn)很大的阻抗。

          開關(guān)電源應(yīng)滿足EN55022 B,VDE 0871B等電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)限額,頻率從150kHz~30MHz。濾波器頻帶很寬,要求共模濾波器應(yīng)當(dāng)具有1. 很高的磁導(dǎo)率和寬的頻率特性,2. 很低的高頻損耗,3. 較小的雜散磁場和寄生電容,4. 高的性能穩(wěn)定性。

          開關(guān)電源產(chǎn)生的噪聲頻譜通常10kHz~50MHz。為了達(dá)到足夠的衰減量,電感阻抗必須在這些頻率范圍足夠高。共模電感總阻抗Zs由兩部分組成:串聯(lián)感抗Xs和串聯(lián)電阻Rs。在低頻時,電阻是阻抗的組要部分,而隨著頻率的增加,磁導(dǎo)率的實(shí)數(shù)磁導(dǎo)率開始下降,而磁芯中損耗上升,總阻抗略有上升;上升到更高頻率,分布電容器主要作用,總阻抗開始下降。故而共模電感的設(shè)計主要根據(jù)實(shí)際電路的測試情況,來決定噪聲抑制的頻段。

          2、共模電感設(shè)計要點(diǎn):

          R-環(huán)內(nèi)徑 r-內(nèi)徑減導(dǎo)線直徑 周長=2πr

          共模電感設(shè)計的主要參數(shù)是輸入電流,阻抗,和頻率。輸入電流有效值決定了電感線圈導(dǎo)體尺寸。電流密度可以取j=400A/cm2,與電感采用的絕緣和磁芯材料有關(guān)。通常選用單股導(dǎo)線,因?yàn)槌杀镜?,同時通過高頻電流的集膚效應(yīng)增加交流電阻也對噪聲衰減。

          電網(wǎng)的內(nèi)阻抗也提供噪聲衰減,但電網(wǎng)阻抗很難確定,設(shè)計者可根據(jù)測試傳導(dǎo)干擾帶有阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)(LISN)的50Ω作為負(fù)載,這可能和實(shí)際相差很大。

          設(shè)計從已知電感量(Ls=Xs/2πf)開始,磁芯選擇有很大的隨意性。只要繞下滿足電感量的匝數(shù)。

          共模電感有兩個相等匝數(shù)的線圈,通常是單層。為了達(dá)到線到線之間的安全要求,兩線圈分布在磁環(huán)上相對邊,通常只有1層,如果兩層,降低了高頻性能。每個線圈各占環(huán)內(nèi)圓周的150°~170°。

          因?yàn)閷?dǎo)線尺寸總是由電網(wǎng)電流決定,內(nèi)圓周可以根據(jù)內(nèi)徑減去導(dǎo)線直徑計算??梢杂妹總€線圈占有內(nèi)圓周長度除以帶有絕緣的導(dǎo)線直徑計算最大匝數(shù)。注意,為了兩個線圈間絕緣,每個線圈占據(jù)內(nèi)圓周150°~170°。這樣可根據(jù)環(huán)內(nèi)圓直徑減去導(dǎo)線帶漆皮直徑在150°~170°能繞的最大匝數(shù)。

          算出最大匝數(shù)以后,就到手冊中選擇材質(zhì)。根據(jù)環(huán)形磁芯材質(zhì)的電感系數(shù)(AL)很容易計算需要的匝數(shù):


          其中N-匝數(shù);L-電感量;AL -電感系數(shù)。




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