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直流电源共模电感计算知识解析

文章来源:稳压电源公司,时间:2017-09-19 09:22    点击量:

    电感器作为磁性元件的重要组成部分,被广泛应用于电力电子直流电源线路中.尤其在直流电源电路中更是不可或缺的部分.

直流电源共模电感计算知识解析
    如工业控制设备中的电磁继电器,电力直流电源系统之电功计量表(电度表).直流电源设备输入和输出端的直流电源滤波器,电视接收与发射端之调谐器等等均离不开电感器.电感器在电子直流电源线路中主要的作用有:储能、直流电源滤波、扼流、谐振等.在直流电源电路中,由于电路处理的均是大电流或高电压的能量传递,故电感器多为"功率型"电感.

    正是因为功率电感不同于小信号处理电感,在设计时因直流电源的拓扑方式不一样,设计方式也就各有要求,造成设计的困难.当前直流电源电路中的电感器主要用于直流电源滤波、储能、能量传递以及功率因数校正等.电感器设计涵盖了电磁理论,磁性材料以及安规等诸多方面的知识,设计者需对工作情况和相关参数要求(如:电流、电压、频率、温升、材料特性等)有清楚了解以作出最合理的设计.

    电感器的分类电感器以其应用环境、产品结构、形状、用途等可分为不同种类,通常电感器设计是以用途及应用环境作为出发点而开始的.在直流电源中以其用途不同,电感器可分为:

    直流电源共模滤波电感器(Common Mode Choke)常模直流电源滤波电感器(Normal Mode Choke)功率因数校正电感(Power Factor Correction - PFC Choke)交链耦合电感器(Coupler Choke)储能平波电感(Smooth Choke)磁放大器线圈(MAG AMP Coil)直流电源共模滤波电感器因要求两线圈具有相同的电感值,相同的阻抗等,故该类电感均采用对称性设计,其形状多为TOROID、UU、ET等形状.

    直流电源共模电感的工作原理直流电源共模滤波电感器又称直流电源共模扼流线圈(以下简称直流电源共模电感或CM.M.Choke)或Line Filter.

    在直流电源中,由于整流二极管和直流电源滤波电容以及电感中的电流或电压急剧变化,产生电磁干扰源(noise),同时输入直流电源中也存在工频以外的高次谐波噪声,这些干扰若不加以扼制,将对负载设备或直流电源本身造成损害,因此若干国家之安规机构对电磁干扰(EMI)发射量均作出了相应的管制规定.当前直流电源的开关频率日趋高频化EMI也随之日益严重,所以直流电源中均须设置EMI直流电源滤波器,EMI直流电源滤波器需对常模及直流电源共模噪声均作出相应的抑制,以达到某一规定标准.常模直流电源滤波器负责滤出输入或输出端两根线间之差模干扰信号,直流电源共模滤波器负责滤出两条入线之直流电源共模干扰信号.实际直流电源共模电感因其工作环境不同,又可分为AC CM.M.CHOKE;DC CM.M.CHOKE和SIGNAL CM.M.CHOKE三种,在设计或选用时应于以区分.但其工作原理完全相同,工作原理如图(1)所示:

    直流电源共模电感的作用图1直流电源共模电感的作用如图所示,在同一磁环上绕上两组方向相反的线圈,据右手螺旋管定则可知,当在输入端A、B两端加上极性相反,信号幅值相同的差模电压时.

    有实线所示的电流i2,在磁芯中产生实线所示的磁通Φ2,只要保证两绕组完全对称,则磁芯中两不同方向之磁通相互抵消.总磁通为零,线圈电感几乎为零,对常模信号无阻抗作用.若在输入端A、B两端加上极性相同,幅值相等的直流电源共模信号时,有虚线所示的电流i1,在磁芯中产生虚线所示的磁通Φ1,则磁芯中磁通有相同的方向而互相加强,使每一线圈的电感值为单独存在时的两倍,而XL =ωL,因此,此一绕法的线圈对直流电源共模干扰有很强的抑制作用.

    实际的EMI直流电源滤波器由L、C组合而成,设计时也常常将差模与直流电源共模抑制电路组合在一起(如图2),因此,设计时需依据直流电源滤波电容的大小以及所需符合的安规标准作出电感值的决定.

    图中L1、L2、C1构成常模直流电源滤波器,L3、C2、C3构成直流电源共模滤波器.

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