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1、InductorDesignTheory概述電感器分類共模電感的工作原理共模電感器的設計共模電感器的標準化技術支援課2004/06InductorDesignTheory概述電感器作為磁性元件的重要組成部分,被廣泛應用於電力電子線路中。尤其在電源電路中更是不可或缺的部分。如工業控制設備中的電磁繼電器,電力系統之電功計量表(電度表)。開關電源設備輸入和輸出端的濾波器,電視接收與發射端之調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:儲能、濾波、扼流、諧振等。在電源電路中,由於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。正是因為功率電感
2、不同於小信號處理電感,在設計時因開關電源的拓撲方式不一樣,設計方式也就各有要求,造成設計的困難。當前電源電路中的電感器主要用於濾波、儲能、能量傳遞以及功率因數校正等。電感器設計涵蓋了電磁理論,磁性材料以及安規等諸多方面的知識,設計者需對工作情況和相關參數要求(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計。技術支援課2004/06InductorDesignTheory電感器的分類電感器以其應用環境、產品結構、形狀、用途等可分為不同種類,通常電感器設計是以用途及應用環境作為出發點而開始的。在開關電源中以其用途不同,電感器可分為:共模濾波電感器(
3、CommonModeChoke)常模濾波電感器(NormalModeChoke)功率因數校正電感(PowerFactorCorrection-PFCChoke)交鏈耦合電感器(CouplerChoke)儲能平波電感(SmoothChoke)磁放大器線圈(MAGAMPCoil)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計,其形狀多為TOROID、UU、ET等形狀。技術支援課2004/06InductorDesignTheory共模濾波電感器(CommonModeChoke)的設計共模濾波電感器又稱共模扼流線圈(以下簡稱共模電感或
4、CM.M.Choke)或LineFilter。1.共模電感的工作原理在開關電源中,由於整流二极管和濾波電容以及電感中的電流或電壓急劇變化,產生電磁干扰源(noise),同時輸入電源中也存在工頻以外的高次諧波雜訊,這些干扰若不加以扼制,將對負載設備或開關電源本身造成損害,因此若干國家之安規機構對電磁干扰(EMI)發射量均作出了相應的管制規定。當前開關電源的開關頻率日趨高頻化EMI也隨之日益嚴重,所以開關電源中均須設置EMI濾波器,EMI濾波器需對常模及共模雜訊均作出相應的抑制,以達到某一規定標準。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
5、兩條入線之共模干擾信號。實際共模電感因其工作環境不同,又可分為ACCM.M.CHOKE;DCCM.M.CHOKE和SIGNALCM.M.CHOKE三種,在設計或選用時應於以區分。但其工作原理完全相同,技術支援課2004/06InductorDesignTheory工作原理如圖(1)所示:Φ2i1Φ1Ai2~OUTi2Bi1Φ2Φ1圖1共模電感的作用如圖所示,在同一磁環上繞上兩組方向相反的線圈,據右手螺旋管定則可知,當在輸入端A、B兩端加上极性相反,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
6、向之磁通相互抵消。總磁通為零,線圈電感幾乎為零,對常模信號無阻抗作用。若在輸入端A、B兩端加上极性相同,幅值相等的技術支援課2004/06InductorDesignTheory共模信號時,有虛線所示的電流i1,在磁芯中產生虛線所示的磁通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,設計時需依據濾波電容的大小以及所需符合的安規標準作出電感值的決定。圖中L1、L2、C1構成常模濾
7、波器,L3、C2、C3構成共模濾波器。L1L3C2C1C3L2圖2EMI濾波器電路技術支援課2004/06InductorDesignTheory2.共模電感器的設計在設計共模電感之前,首先要考量線圈須行符合以下原則:1>正常工作狀態下,不致因通電電源電流而造成磁芯飽和。2>對高頻干擾信號要有足夠大的阻抗,且有一定的頻寬,而對工作頻率之信號電流有最小的阻抗。3>電感的溫度系數應小,而分布電容宜小。4>直流電阻應盡量小。5>感應電感應盡量大,電感值需穩定。6>繞組間之絕緣性須滿足安規要求。技術支援課2004/06InductorDesignTheory共模電感器之
