共模电感的作用与计算

    共模电感   线圈是怎样的含义呢?

共模     电感   线圈是一个以铁氧体为     磁芯   的共模干扰抑制器件,它由两个尺寸相同,匝数相同的电感线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上,形成-个四端器件,要对于共模信号 呈现出大电感具有抑制作用,而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。原理是流过共模     电流   时磁环中的磁通相互叠加,从而具有相当大的电感量,对共模电流起到抑制作用,而当两线圈流过差模电流时,磁环中的磁通相互抵消,几乎没有电感星,所以差漠电流可以无衰减地通过。因此共模电感在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号,而对线路正常传输的差模信号无影响。

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,此一绕法的线圈对共模干扰有很强的抑制作用。

 共模电感的作用与计算_设计制作_处理器/DSP

实际的E     MI       滤波器   由L、C组合而成,设     计时   也常常将差模与共模抑制     电路   组合在一起(如图2),因此,设计时需依据滤波     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构成常模滤波器,L3、C2、C3构成共模滤波器。

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图2 EMI滤波器电路

在设计共模电感之前,首先要考察线圈须行符合以下原则:

1 》正常工作状态下,不致因通电电源电流而造成磁芯饱和。

2 》对高频干扰信号要有足够大的阻抗,且有一定的频宽,而对工作频率之信号电流有最小的阻抗。

3 》电感的温度系数应小,而分布电容宜小。

4 》直流     电阻   应尽量小。

5 》感应电感应尽量大,电感值需稳定。

6 》绕组间之绝缘性须满足安规要求。

共模电感线圈在制作时需要满足以下要求:

1)绕制在线圈磁芯上的导线要相互绝缘,以保证在瞬时过电压作用下线圈的匝间不发生击穿     短路  

2)线圈中的磁芯应与线圈绝缘,以防止在瞬时过电压作用下两者之间发生击穿。

3)当线圈流过瞬时大电流时,磁芯不要出现饱和。

4)线圈应尽可能绕制单层,这样做可减小线圈的寄生电容,增强线圈对瞬时过电压的而授能力。

通过电路图可知晓共模信号由L3和C2、C3组成的共模滤波器抑制,实际L3与C2和C3构成两路LC串联电路,分别吸收L和N在线的噪声。只要确定滤波电路的截止频率,也已知电容容量C,则可以下式求出电感L。

fo= 1/(2π√LC)L → 1/(2πfo)2C

通常EMI     测试   频宽如下:

传导干扰:150KHZ →30MHZ(注:VDE标准10KHZ - 30M)

辐射干扰:30MHZ 1GHZ

实际的滤波器无法达到理想滤波器那样陡峭的阻抗曲线,通常可将截止频率设定在50KHZ左右。在此,假设f o = 50KHZ,则

L =1/(2πfo)2C = 1/ [( 2*3.14*50000)2 *3300*10-12] = 3.07mH

L1、L2、C1组成(低通)常模滤波器,线间电容有1.0uF,则常模电感为:

L = 1/ [( 2*3.14*50000)2 *1*10-6] = 10.14uH

 共模电感的作用与计算_设计制作_处理器/DSP

由此,可得到理论要求的电感值,若想获得更低的截止频率fo,则可进一步加大电感值,截止频率一般不低于10KHZ。理论上电感量越高对EMI抑制效果越好,但过高的电感将使截止频率更低,而实际的滤波器只能做到一定宽带,也就使高频噪声的抑制效果变差(一般     开关电源   的噪声成分约为5 ~10MHZ间,但也有超过10MHZ之情形)。另外,电感量愈高,则绕线匝数愈多,或CORE之ui越高,如此将造成低频阻抗增加(DCR变大)。匝数增加使分布电容也随之增大(如图4),使高频电流全部经此电容流通。过高的ui使CORE极易饱和,同时制作也极困难,成本也较高。

共模电感导线截面积与电流的关系:电流大小与导线截面积成正比。

一般铜线安全计算方法是:

2.5平方毫米铜电源线的安全载流量--28A

4平方毫米铜电源线的安全载流量--35A。

6平方毫米铜电源线的安全载流量--48A 。

10平方毫米铜电源线的安全载流量--65A。

16平方毫米铜电源线的安全载流量--91A。

25平方毫米铜电源线的安全载流量--120A。

如果是铝线,线径要取铜线的1.5-2倍。

如果铜线电流小于28A,按每平方毫米10A来取肯定安全。

如果铜线电流大于120A,按每平方毫米5A来取。

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