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绕线型共模电感材质分析
  • 发布时间:2024-01-22
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用于电磁干扰滤波器的共模电感器需要慎重选择磁芯材料多数电磁干扰滤波器必须使用共模电感器。

由于共模电感器在很宽的频率范围内阻抗很高,所以可抑制高频 开关 电源 产生的高频噪声 。

关 电源会产生以下两类噪声:共模和差模。差模噪声( 图1a)的传播途径和输入电流相同。
共模噪声( 图 1b)表现为彼此相等且同相的噪声,其传播途径经绕组与地线相连。
为抑制电磁干扰,典型滤波器应包含共模电感器、差模电感器和 X 及 Y 电容器。Y 电容器和共模电感器用于衰减共模噪声。
电感器对高频噪声显示高阻抗,并反射或吸收噪声,同时,电容器成为到地的低阻抗路径,使噪声从主电路中分流出去( 图 2)。
为了实现以上功能,共模电感器必须在开关频率范围内提供合适的阻抗。
共模电感器由两组匝数相同的绕组构成。这两个绕组使每个绕组中的线路电流所产生的磁通大小相等,而相位相反。所以这
两组绕组产生的磁通相互抵消使磁芯处于未偏置状态。差模电感器仅有一个绕组,磁芯需要承受全部线路电流,并且在工作状态
下不能饱和。所以共模电感器和差模电感器有
很大差异。为防止磁芯饱和,差模电感器磁芯的有效磁导率必须低(间隙铁氧体或磁粉芯)。但是共模电感器可使用高磁导率材
料,并可用较小的磁芯获得非常大的电感。
选择材料
开关电源产生的噪声主要位于装置基频处,并包括高次谐波。也就是说,噪声频谱一般包括10kHz 到 50MHz 之间的部分。
为了提供合适的衰减,电感器的阻抗在此频带内必须足够高。共模电感器的总阻抗由两部分构成,一部分是串联感抗 ( Xs ) ,
另一部分是串联电阻 ( Rs ) 。在低频时,电抗是阻抗的主要部分,但随着频率升高,磁导率的实部减小,磁芯损耗增大,如 图 3 所
示。这两个因素综合起来有助于在整个频谱上实现可接受的阻抗( Zs ) 。多数情况下,共模电感器使用铁氧体。铁氧体可分为两类:镍
锌类和锰锌类。镍锌材料的特点是初始磁导率低 ( <1000&micro; ) ,但是 它 们 可 在 非 常 高 的 频 率( >100MHz ) 下保持磁导率不变。

多数铁氧体制造厂家会给出所生产磁芯的电感系数(A L )值,这样计算电感就方便很多。匝数和电感之间的关系是:
N=1000 (L/A L ) 1/2
其中:
N = 匝数
L = 电感(毫亨)
A L = 电感系数,单位是毫亨/1000匝
表 1 列出了典型设计资料,并
给出使用 A L 值进行计算的例子 : .
对于该例子:
选用 J 材料( 5000&micro; ), A L 值是 3020
N 为 20 匝,所以:L = 1.208 毫亨
如果此小电感对于设计来说太小,可以选择磁导率更高的材料或更大的磁芯。但是,如果计算
出的电感远高于设计限制,则可以换成更小的磁芯,使用匝数更少 。
设计示例 : :
在 10kHz 时需要 100Ω 阻抗。 输入线路电流为 3A RMS 。
1. 选择线径 :
电流为 3A,电流密度为 400A/cm&sup2;,所以导线截面积是0.0075cm&sup2;。
选择 #19 AWG,其导线截面积是 0.007907cm&sup2; (直径为1mm),包括绝缘层。
2. 计算小电感 :
L 小 = 100Ω/2π(10,000Hz )=1.59 毫亨
3. 从表中选择磁芯尺寸和材料 :
选择 J-42206-TC
A L = 3020&plusmn;20%
内径 = 13.72mm
&plusmn;0.38mm = 13.34mm (小)
4. 计算内周长 (I.C.) 和可能实
现的大匝数 :
I.C. = π (磁芯直径-导线
直径)
I.C. = π (13.34mm - 1 mm)
I.C. = 38.76mm
大匝数 = (160&deg;/360&deg;) *
(38.76mm)/(1mm/ 匝 )
I.C. = 17.2 匝,或 17 匝
5. 计算 17 匝时的小电感 :
A L = 3020 &plusmn;20%
N = 1000 (L/A L ) 1/2
17 = 1000 (L/3020 - 20%) 1/2
L = 0.698 毫亨(小)
这个值远低于所需的 1.59 毫
亨,所以必须进行修改。可改变的
参数是磁芯尺寸、材料磁导率和线
径。磁芯越大,内径就越大,因而
可在磁芯上绕制更多匝(磁芯越大
A L 值也越大)。材料磁导率越高,
电感就越大,并且线径越小,可绕
制的匝数就越多。(但这也会增加
铜损)

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