【技术】开关电源共模电感计算其实并不难！
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概述 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线路中。尤其在电源电路中更是不可或缺的部分。如工业控制设备中的电磁继电器，电力系统之电功计量表(电度表)。开关电源设备输入和输出端的滤波器，电视接收与发射端之调谐器等等均离不开电感器。电感器在电子线路中主要的作用有：储能、滤波、扼流、谐振等。在电源电路中，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，在设计时因开关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。当前电源电路中的电感器主要用于滤波、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。在开关电源中以其用途不同，电感器可分为： 共模滤波电感器(Common Mode Choke) 常模滤波电感器(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) 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。 共模电感的工作原理 共模滤波电感器又称共模扼流线圈(以下简称共模电感或CM.M.Choke)或Line Filter。 在开关电源中，由于整流二极管和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，将对负载设备或开关电源本身造成损害，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。当前开关电源的开关频率日趋高频化EMI也随之日益严重，所以开关电源中均须设置EMI滤波器，EMI滤波器需对常模及共模噪声均作出相应的抑制，以达到某一规定标准。常模滤波器负责滤出输入或输出端两根线间之差模干扰信号，共模滤波器负责滤出两条入线之共模干扰信号。实际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： 图1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。 实际的EMI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。 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。 共模电感器之设计步骤： Step 0 SPEC取得：EMI允许级别，应用位置。 Step 1电感值确定。 Step 2 core材质及规格确定。 Step 3绕组匝数及线径确定。 Step 4打样 Step 5测试 |
