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共模电感 | 磁芯选型

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关闭电源会产生以下两种噪声:共模和差模。差模噪声(图a)传输方式与输入电流相同。共模噪声(图b)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。本文主要讲解抑制共模的共模电感的磁芯选择。

为了实现上述功能,共模电感器必须在开关频率范围内提供适当的阻抗。共模电感器由两组相同匝数的绕组反向绕组制成。当共模电流通过这两个绕组时,会在线圈中产生同向磁场,增加线圈的感抗,使线圈具有高阻抗和强阻尼效果,从而衰减共模电流,达到滤波的目的。

根据共模电感器的工作原理,应使用高磁导率材料,并可使用较小的磁芯获得非常大的电感。

材料开关电源产生的噪声主要位于设备基频,包括高谐波。也就是说,噪声频谱一般包括10kHz到50MHz之间的部分。在这个频带中,电感器的阻抗必须足够高,衰减。共模电感器的总阻抗由串联感抗两部分组成(Xs),另一部分是串联电阻(Rs)。电抗是低频阻抗的主要部分,但随着频率的增加,磁导率的实际减小,磁芯损耗增加,如图所示。这两个因素有助于在整个频谱中实现可接受的阻抗(Zs)。

在大多数情况下,共模电感器使用铁氧体。铁氧体可分为镍锌和锰锌两类。

镍锌材料的特点是初始磁导率低(<1000μ),但它们的频率很高(>100MHz)保持磁导率不变。

锰锌材料的磁导率可超过15000,但频率为200kHz磁导率可能开始下降。由于初始磁导率低,镍锌材料在低频时不能产生高阻抗。噪声的主要部分频率大于10或20MHz它们是最常用的材料。但锰锌材料在低频时磁导率很高,非常适合抑制10kHz到50MHz范围内的电磁干扰。因此,以下,

重点讨论锰锌铁氧体的高磁导率。

高磁导铁氧体可采用多种形状:环形磁芯,E型磁芯,罐型磁芯,RM和EP磁芯等,但共模滤波器大多绕在环形磁芯上。

使用环形磁芯有两个原因。

第一,环形磁芯比其他形状的磁芯便宜,因为环形磁芯是一整个零件,而其他形状磁芯是由两半构成。磁芯由两半构成时,必须研磨这两半的结合面,使它们平整光滑,从而使两半之间的气隙最小。另外,高磁导率磁芯一般需要额外的研磨程序,使它们更为光滑(产生镜面般的表面)。环形磁芯不需要上述额外加工过程。

第二,环形磁芯的有效磁导率高于任何其他形状的磁芯。如果使用其他形状的磁芯,则应采用两半结构,以降低整个部件的有效磁导率(通常降低30%左右)。研磨可以减少气隙,但不能消除气隙。由于环形磁芯是整体结构,不由两半组成,因此没有气隙,有效磁导率不会降低。

但环形磁芯也有一个主要的缺点,即绕组成本非常高。其他磁芯绕组可以使用快速和经济的骨架绕组。环形磁芯需要一个特殊的绕组机,或必须手动绕组,这使得单个绕组成本更高。但幸运的是,绕组成本不会太高。因此,共模电感器最好使用环形磁芯。

未完待续

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