開關(guān)電源共模電感計算其實并不難! |
正常工作的開關(guān)類電源(SMPS)會產(chǎn)生有害的高頻噪聲,它能影響連接到相同電源線上的電子設(shè)備像計算機、儀器和馬達控制。用一個EMI濾波器插入電源線和SMPS之間能消除這類干擾(圖1)。一個差模噪聲濾波器和一個共模噪聲濾波器能夠串聯(lián)或在許多情況下
圖一、EMI濾波器的插入
一、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)計是以用途及應(yīng)用環(huán)境作為出發(fā)點而開始的。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) 儲能平波電感(Smooth Choke) 磁放大器線圈(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稱性設(shè)計,其形狀多為TOROID、UU、ET等形狀。
二、共模電感的工作原理 共模濾波電感器又稱共模扼流線圈(以下簡稱共模電感或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(shè)備或開關(guān)電源本身造成損害,因此若干國家之安規(guī)機構(gòu)對電磁干擾(EMI)發(fā)射量均作出了相應(yīng)的管制規(guī)定。當前開關(guān)電源的開關(guān)頻率日趨高頻化EMI也隨之日益嚴重,所以開關(guān)電源中均須設(shè)置EMI濾波器,EMI濾波器需對常模及共模噪聲均作出相應(yīng)的抑制,以達到某一規(guī)定標準。常模濾波器負責濾出輸入或輸出端兩根線間之差模干擾信號,共模濾波器負責濾出兩條入線之共模干擾信號。實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)計或選用時應(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: 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,有實線所示的電流i2,在磁芯中產(chǎn)生實線所示的磁通Φ2,只要保證兩繞組完全對稱,則磁芯中兩不同方向之磁通相互抵消??偞磐榱悖€圈電感幾乎為零,對常模信號無阻抗作用。若在輸入端A、B兩端加上極性相同,幅值相等的共模信號時,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,使每一線圈的電感值為單獨存在時的兩倍,而XL =ωL,因此,此一繞法的線圈對共模干擾有很強的抑制作用。 實際的EMI濾波器由L、C組合而成,設(shè)計時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)計時需依據(jù)濾波電容的大小以及所需符合的安規(guī)標準作出電感值的決定。 圖中L1、L2、C1構(gòu)成常模濾波器,L3、C2、C3構(gòu)成共模濾波器。 圖2 EMI濾波器電路 三、開關(guān)電源中共模電感的設(shè)計實例 在工作頻率為10KHz,輸入線性電流為3A(RMS)時,阻抗為100 歐的共模電感。 1)選取線徑 銅線截面積=3A/400A/cm2=0.0075cm2 銅線線徑 =0.98mm 取銅線線為1.0mm 2)計算最小電感值 無標題123456789 3)假如無指定空間,任取一磁芯內(nèi)徑(ID)=13.72+/-0.38=13.34mm MIN 4)計算內(nèi)圓周長和最大可繞圈數(shù) 內(nèi)圓周長=3.14×(13.34-1.08)=38.5mm 最大圈數(shù)=(160/360)×38.5/1.08=15.8TS或16TS 5)計算磁芯的AL值,并選取材質(zhì) 磁芯的AL最小值=1.59/162=6211nH/TS2MIN 因此種磁芯AL值變化范圍一般為+/-30%。故磁芯的AL值取9000nH/TS2,以上述條件,即可選取一合適磁芯。 1.08是漆包線的外徑,加了絕緣層和預(yù)留量,160是繞線的分布度數(shù),160/360也就是說一個線包的分布范圍是160度。
【圖文并茂】解剖開關(guān)電源中磁性元器件!?。?/a>
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| 發(fā)布時間:2017.08.19 來源:電源廠 |
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