共模電感和差模電感分析
發(fā)布時(shí)間:2019-06-14 責(zé)任編輯:xueqi
【導(dǎo)讀】電源濾波器的設(shè)計(jì)通??蓮墓材:筒钅煞矫鎭?lái)考慮。共模濾波器最重要的部分就是共模扼流圈,與差模扼流圈相比,共模扼流圈的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)在于它的電感值極高,而且體積又小,設(shè)計(jì)共模扼流圈時(shí)要考慮的一個(gè)重要問(wèn)題是它的漏感,也就是差模電感。
共模電感和差模電感
通常,計(jì)算漏感的辦法是假定它為共模電感的1%,實(shí)際上漏感為共模電感的 0.5% ~ 4%之間。在設(shè)計(jì)最優(yōu)性能的扼流圈時(shí),這個(gè)誤差的影響可能是不容忽視的。
漏感的重要性
漏感是如何形成的呢?緊密繞制,且繞滿(mǎn)一周的環(huán)形線(xiàn)圈,即使沒(méi)有磁芯,其所有磁通都集中在線(xiàn)圈“芯”內(nèi)。但是,如果環(huán)形線(xiàn)圈沒(méi)有繞滿(mǎn)一周,或者繞制不緊密,那么磁通就會(huì)從芯中泄漏出來(lái)。這種效應(yīng)與線(xiàn)匝間的相對(duì)距離和螺旋管芯體的磁導(dǎo)率成正比。共模扼流圈有兩個(gè)繞組,這兩個(gè)繞組被設(shè)計(jì)成使它們所流過(guò)的電流沿線(xiàn)圈芯傳導(dǎo)時(shí)方向相反,從而使磁場(chǎng)為0。如果為了安全起見(jiàn),芯體上的線(xiàn)圈不是雙線(xiàn)繞制,這樣兩個(gè)繞組之間就有相當(dāng)大的間隙,自然就引起磁通“泄漏”,這即是說(shuō),磁場(chǎng)在所關(guān)心的各個(gè)點(diǎn)上并非真正為0。共模扼流圈的漏感是差模電感。事實(shí)上,與差模有關(guān)的磁通必須在某點(diǎn)上離開(kāi)芯體,換句話(huà)說(shuō),磁通在芯體外部形成閉合回路,而不僅僅只局限在環(huán)形芯體內(nèi)。
如果芯體具有差模電感,那么,差模電流就會(huì)使芯體內(nèi)的磁通發(fā)生偏離零點(diǎn),如果偏離太大,芯體便會(huì)發(fā)生磁飽和現(xiàn)象,使共模電感基本與無(wú)磁芯的電感一樣。結(jié)果,共模輻射的強(qiáng)度就如同電路中沒(méi)有扼流圈一樣。差模電流在共模環(huán)形線(xiàn)圈中引起的磁通偏離可由下式得出:
式中,是芯體中的磁通變化量,Ldm是測(cè)得的差模電感,是差模峰值電流,n為共模線(xiàn)圈的匝數(shù)。
由于可以通過(guò)控制B總,使之小于B飽和,從而防止芯體發(fā)生磁飽和現(xiàn)象,有以下法則:
式中,是差模峰值電流,Bmax是磁通量的最大偏離,n是線(xiàn)圈的匝數(shù),A是環(huán)形線(xiàn)圈的橫截面積。Ldm是線(xiàn)圈的差模電感。
共模扼流圈的差模電感可以按如下方法測(cè)得:將其一引腿兩端短接,然后測(cè)量另外兩腿間的電感,其示值即為共模扼流圈的差模電感。
共模扼流圈綜述
濾波器設(shè)計(jì)時(shí),假定共模與差模這兩部分是彼此獨(dú)立的。然而,這兩部分并非真正獨(dú)立,因?yàn)楣材6罅魅梢蕴峁┫喈?dāng)大的差模電感。這部分差模電感可由分立的差模電感來(lái)模擬。
為了利用差模電感,在濾波器的設(shè)計(jì)過(guò)程中,共模與差模不應(yīng)同時(shí)進(jìn)行,而應(yīng)該按照一定的順序來(lái)做。首先,應(yīng)該測(cè)量共模噪聲并將其濾除掉。采用差模抑制網(wǎng)絡(luò)(Differential Mode Rejection NETWORK),可以將差模成分消除,因此就可以直接測(cè)量共模噪聲了。如果設(shè)計(jì)的共模濾波器要同時(shí)使差模噪聲不超過(guò)允許范圍,那么就應(yīng)測(cè)量共模與差模的混合噪聲。因?yàn)橐阎材3煞衷谠肼暼菹抟韵?,因此超?biāo)的僅是差模成分,可用共模濾波器的差模漏感來(lái)衰減。對(duì)于低功率電源系統(tǒng),共模扼流圈的差模電感足以解決差模輻射問(wèn)題,因?yàn)椴钅]椛涞脑醋杩馆^小,因此只有極少量的電感是有效的。
盡管少量的差模電感非常有用,但太大的差模電感可以使扼流圈發(fā)生磁飽和??筛鶕?jù)公式(2)作簡(jiǎn)單計(jì)算來(lái)避免磁飽和現(xiàn)象的發(fā)生。
用LISN原理測(cè)量共模扼流圈飽和特性的方法
測(cè)量共模線(xiàn)圈磁芯(整體或部分)的飽和特性通常是很困難的。通過(guò)簡(jiǎn)單的試驗(yàn)可以看出共模濾波器的衰減在多大程度上受由60Hz編置電流引起的電感減小量的影響。進(jìn)行此項(xiàng)測(cè)試需要一臺(tái)示波器和一個(gè)差模抑制網(wǎng)絡(luò)(DMRN)。首先,用示波器來(lái)監(jiān)測(cè)線(xiàn)電壓。按如下方法從示波器的A通道輸入信號(hào),將示波器的時(shí)間基準(zhǔn)置為2ms/div,然后將觸發(fā)信號(hào)加在A通道上,在交流電壓達(dá)到峰值時(shí)會(huì)有線(xiàn)電流產(chǎn)生,此時(shí)濾波器效能的降級(jí)是意料中的事情。差模抑制網(wǎng)絡(luò)(DMRN)的輸入端連接到LISN,輸出端用50的阻抗進(jìn)行匹配且與示波器的B通道相連。當(dāng)共模扼流圈工作在線(xiàn)性區(qū)時(shí),在輸入電流波動(dòng)期間,B通道監(jiān)測(cè)到的發(fā)射增加值不超過(guò)6—10DB。圖1為此測(cè)試在示波器上顯示的結(jié)果,上面的曲線(xiàn)為共模發(fā)射;下面的曲線(xiàn)為線(xiàn)電壓。在線(xiàn)電壓峰值期間,橋式整流器正向?qū)ㄇ覀魉统潆婋娏鳌?/div>
圖1:示波器上顯示的由于60Hz充電電流引起的共模扼流圈的降級(jí)
如果共模扼流圈達(dá)到飽和,那么在輸入浪涌增加時(shí),發(fā)射將會(huì)增加。如果共模扼流圈達(dá)到強(qiáng)飽和,發(fā)射強(qiáng)度與不加濾波器時(shí)的情況是一樣的,也就是說(shuō)很容易達(dá)到40dB以上。
這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可用其他方法來(lái)解釋。發(fā)射最小值(線(xiàn)電流為0的時(shí)候)是濾波器無(wú)偏置電流時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的效果。峰值發(fā)射與最小發(fā)射的比率,即降級(jí)因子,用來(lái)衡量線(xiàn)電流偏移量對(duì)濾波器實(shí)際效果的影響。降級(jí)因子較大表明共模扼流圈磁芯完全沒(méi)有得到恰當(dāng)?shù)氖褂茫^好的濾波器的“固有降級(jí)因子”差不多在2—4之間。它是由兩種現(xiàn)象產(chǎn)生的:第一,60Hz充電電流引起的電感減?。ㄈ缟纤觯坏诙?,橋式整流器的正向及反向?qū)?。共模發(fā)射的等效電路由一個(gè)阻抗約為200PF的電壓源、二極管阻抗和LISN的共模阻抗組成,如圖2所示。當(dāng)橋式整流器正向偏置時(shí),在源阻抗、25和LISN共模阻抗之間會(huì)產(chǎn)生分壓現(xiàn)象。當(dāng)橋整流器反向偏置時(shí),在源阻抗、整流橋反偏電容、LISN之間產(chǎn)生分壓現(xiàn)象。當(dāng)二極管整流橋反向偏置電容較小時(shí),對(duì)共模濾除有一定效果。當(dāng)整流橋正向偏置時(shí)則對(duì)共模濾除沒(méi)有影響。
圖2:共模輻射等效電路
由于產(chǎn)生了分壓,固有降級(jí)因子的預(yù)期值為2左右。實(shí)際值的變化相當(dāng)大,主要取決于源阻抗和二極管整流橋反向偏置電容的實(shí)際大小。在Flugan發(fā)明的一個(gè)電路中,正是應(yīng)用這個(gè)原理來(lái)減小鎮(zhèn)流器的傳導(dǎo)發(fā)射的。
用電流原理測(cè)量共模扼流圈飽和特性的方法
如果測(cè)試人員相當(dāng)謹(jǐn)慎,那么就可以采取類(lèi)似MIL-STD-461中的測(cè)試裝置來(lái)檢測(cè)共模扼流圈的飽和特性。這個(gè)原理的應(yīng)用如下:測(cè)試時(shí)采用兩只電流探頭,低頻探頭監(jiān)測(cè)線(xiàn)電流,高頻探頭僅測(cè)量共模發(fā)射電流。線(xiàn)電流監(jiān)視器作為觸發(fā)源。不過(guò),使用電流探頭的一個(gè)隱患是差模電流衰減是管芯內(nèi)繞組導(dǎo)線(xiàn)對(duì)稱(chēng)性的函數(shù)。如果精心合理安排繞線(xiàn)布局的話(huà),30DB左右的差模電流衰減是能夠得到的。即使達(dá)到這個(gè)衰減值,測(cè)得的差模分量也可能超過(guò)預(yù)期的共模分量值??捎萌缦聝身?xiàng)技術(shù)來(lái)解決這一問(wèn)題:第一,將一只6kHz轉(zhuǎn)折頻率的高階高通濾波器與示波器串聯(lián)(注意應(yīng)用50的終端阻抗進(jìn)行匹配)。第二,在每只10μF的電容與電源總線(xiàn)之間接入一根導(dǎo)線(xiàn)。為了測(cè)量共模輻射,電流探頭應(yīng)夾在這些載有極小線(xiàn)電流的導(dǎo)線(xiàn)近旁。
共模扼流圈內(nèi)存在的差模與共模磁通
為了快速且淺顯地介紹共模扼流圈的作用,可考慮采用以下論述:“共模扼流圈管芯兩側(cè)的磁場(chǎng)相互抵消,因此不存在磁通使管芯飽和。”盡管這種論述對(duì)共模扼流圈作用的直覺(jué)敘述具體化了,但實(shí)質(zhì)上并非如此。
參考以下圍繞麥克斯韋方程所進(jìn)行的討論:
假設(shè)電流密度J產(chǎn)生磁場(chǎng)H,那么就可得出結(jié)論:附近的另一個(gè)電流不會(huì)抵消或阻止磁場(chǎng)或者是由此而產(chǎn)生的電場(chǎng)。
同樣一個(gè)相鄰的電流可以導(dǎo)致磁場(chǎng)路徑的改變。
在環(huán)形共模電感的特殊場(chǎng)合中,每條引線(xiàn)中的差模電流密度可假定是相等的,且方向相反。所以由此而產(chǎn)生的磁場(chǎng)必定在環(huán)形磁芯周邊上的總和為0,而在其外部則不為0!
磁芯的作用就好象它在線(xiàn)圈繞組的間隙處裂為兩半時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的效果一樣。每個(gè)繞組在環(huán)形線(xiàn)圈一半的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng),意指穿過(guò)空氣的磁場(chǎng)必定會(huì)形成自封閉回路,下圖是環(huán)形磁芯和差模電流磁路的示意圖。
特別推薦
- 克服碳化硅制造挑戰(zhàn),助力未來(lái)電力電子應(yīng)用
- 了解交流電壓的產(chǎn)生
- 單結(jié)晶體管符號(hào)和結(jié)構(gòu)
- 英飛凌推出用于汽車(chē)應(yīng)用識(shí)別和認(rèn)證的新型指紋傳感器IC
- Vishay推出負(fù)載電壓達(dá)100 V的業(yè)內(nèi)先進(jìn)的1 Form A固態(tài)繼電器
- 康佳特推出搭載AMD 銳龍嵌入式 8000系列的COM Express緊湊型模塊
- 村田推出3225尺寸車(chē)載PoC電感器LQW32FT_8H系列
技術(shù)文章更多>>
- 高性能碳化硅隔離柵極驅(qū)動(dòng)器如何選型,一文告訴您
- 貿(mào)澤電子新品推薦:2024年第三季度推出將近7000個(gè)新物料
- 大聯(lián)大世平集團(tuán)的駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)(DMS)方案榮獲第六屆“金輯獎(jiǎng)之最佳技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用”獎(jiǎng)
- X-CUBE-STL:支持更多STM32, 揭開(kāi)功能安全的神秘面紗
- 觸摸式OLED顯示屏有望重新定義汽車(chē)用戶(hù)界面
技術(shù)白皮書(shū)下載更多>>
- 車(chē)規(guī)與基于V2X的車(chē)輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車(chē)安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車(chē)模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車(chē)用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門(mén)搜索
友情鏈接(QQ:317243736)
我愛(ài)方案網(wǎng) ICGOO元器件商城 創(chuàng)芯在線(xiàn)檢測(cè) 芯片查詢(xún) 天天IC網(wǎng) 電子產(chǎn)品世界 無(wú)線(xiàn)通信模塊 控制工程網(wǎng) 電子開(kāi)發(fā)網(wǎng) 電子技術(shù)應(yīng)用 與非網(wǎng) 世紀(jì)電源網(wǎng) 21ic電子技術(shù)資料下載 電源網(wǎng) 電子發(fā)燒友網(wǎng) 中電網(wǎng) 中國(guó)工業(yè)電器網(wǎng) 連接器 礦山設(shè)備網(wǎng) 工博士 智慧農(nóng)業(yè) 工業(yè)路由器 天工網(wǎng) 乾坤芯 電子元器件采購(gòu)網(wǎng) 亞馬遜KOL 聚合物鋰電池 工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備 企業(yè)查詢(xún) 工業(yè)路由器 元器件商城 連接器 USB中文網(wǎng) 今日招標(biāo)網(wǎng) 塑料機(jī)械網(wǎng) 農(nóng)業(yè)機(jī)械 中國(guó)IT產(chǎn)經(jīng)新聞網(wǎng) 高低溫試驗(yàn)箱
?
關(guān)閉
?
關(guān)閉