EMI濾波電感設(shè)計(jì)

EMI

EMI濾波電感設(shè)計(jì)正常工作的開(kāi)關(guān)類(lèi)電源〔SMPS〕會(huì)產(chǎn)生有害的高頻噪聲，它能影響連接到一樣電源線上的電子設(shè)備像EMISMPS〔1〕。一個(gè)差模噪聲濾波器和一個(gè)共模噪聲濾波器能夠串聯(lián)或在很多狀況下單獨(dú)使用共模噪聲濾波器。一、共模電感設(shè)計(jì)〔來(lái)講〕電感繞組的接法和相位是這樣的，第一個(gè)繞組產(chǎn)生的磁通會(huì)與其次個(gè)繞組產(chǎn)生的磁通相削.于是，的輸入電流需要功率，因此將通過(guò)濾波器，濾波器應(yīng)沒(méi)有任何明顯的損耗。共模噪聲的定義是消滅在電源輸入線的一根或二根導(dǎo)線上的有害電流通過(guò)電感的地返回噪聲源的噪聲。電壓是電感繞組上的衰減，應(yīng)從有害噪聲中保持電源輸入線的暢通。、選擇電感材料對(duì)于電感來(lái)講，大多數(shù)選擇適當(dāng)和高效費(fèi)比的鐵氧體，由于在有害頻帶內(nèi)能供給最高的阻抗。當(dāng)看到2給出鐵氧體磁環(huán)J-42206-TC繞10匝后的阻抗ZS21～10MHzXSRS〔材料磁導(dǎo)率和損耗系數(shù)的函數(shù)〕共Zt。32導(dǎo)率在750KHz以上的下降；由于電阻取決高頻的源阻抗所以損耗系數(shù)隨頻率而增加。31MHz，WJ20-50％，當(dāng)?shù)皖l噪聲是主要問(wèn)題時(shí)JK2MHzJ100％。在2MHzJW4、磁芯的外形對(duì)于共模噪聲濾波器環(huán)形磁芯是最普及的，他們不貴、泄漏磁通也低。環(huán)形磁芯必需用手繞制〔或在獨(dú)特的環(huán)形繞線機(jī)上繞制PC接，這個(gè)繞制器件還需環(huán)氧化在印制板的頭部。具有附件的E形磁芯比環(huán)形磁芯貴，但組裝成一個(gè)整體只需較小的代價(jià)。繞制E形磁芯的骨架相對(duì)廉價(jià)。為了分隔兩個(gè)繞組可購(gòu)到有分隔板的骨架并可安裝在PC板上。EE開(kāi)縫隙，以便吸取有害的共模和差模噪聲。、磁芯的選擇5。為了盡量減小繞組電容和防止由于不對(duì)稱繞組305對(duì)于共模電感所需的根本參數(shù)是電流〔I〕、阻抗〔ZS〕、和頻率〔f〕。電流打算導(dǎo)線的尺寸。一個(gè)800A/cm2熱，這兩個(gè)等級(jí)可用選擇圖表表示。XS2阻抗。隨后電感可計(jì)算為：(2)(1)用的電感和電流乘積LI67L(mH)和I流〔A〕。建立在電流密度〔Cd〕400800A/cm2〔AWG〕可用下式計(jì)算：匝數(shù)可由磁芯的AL值決如下：、設(shè)計(jì)舉例

(2)

〔3〕100Ω3A，由式〔1〕LS=1.59mH800A/cm2,LI4.777W1MHz47W-41809-TC1ALAL=12200mH/1000〔3〕800A/cm2〔2〕AWG=21。1AL二、整流電感設(shè)計(jì)LC1～50KHz‘ON’狀態(tài)時(shí)，輸入電壓EinLC率。通過(guò)調(diào)整‘ON’ton定的直流輸出電壓可表示為：Eout=Eintonf(4)8、組件選擇和比較器。對(duì)于二極箝位管的要求和晶體管的選擇一樣。假設(shè)：〔1〕最大和最小的輸入電壓〔2〕要和電容的值。LCtofftoff=〔1-Eout/Einmax〕/f(5)Einfmin=(1-Eout/Einmax)/toff(6)用這些值，所需的電感和電容可以算得：通過(guò)電感所允許的紋波峰-峰電流〔Δi〕可由下式給出：Δi=2IOmin(7)電感可用下式計(jì)算：L=Eouttoff/Δi〔8〕最小的電容可由下式給出：C=Δi/8fminΔeO〔9〕最終，電容最大的等效串聯(lián)電阻ESR是：ESRmax=ΔeO/Δi〔10〕、電感設(shè)計(jì)在高頻下鐵氧體EFP使用。對(duì)于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的應(yīng)用，這些磁芯的選擇步驟能簡(jiǎn)化電感的設(shè)計(jì)。假設(shè)繞組系數(shù)50％和導(dǎo)線載流容量500〔CircularMils〕/安培，我們能打算最小的磁芯尺寸。設(shè)計(jì)應(yīng)用的兩個(gè)僅有參數(shù)必需知道：①電感需要用的直流偏置。②直流電流。計(jì)算產(chǎn)品的LI2這里：L=具有直流偏置的所需電感I=最大直流輸出電流I=IOmax+Δi(11)將LI2〔P.4.15～4.18〕。跟蹤與第一根磁芯尺寸曲線相交的座YAL，它表示最小的磁芯尺寸和最大的AL，在那一點(diǎn)飽和將被避開(kāi)。ALLI2交就表示是一個(gè)可使用的磁芯。假設(shè)可能，使用標(biāo)準(zhǔn)氣隙的判臼強(qiáng)扇〉模 饈怯捎謁 塹撓行 ┰謐晟嫌瞇橄弒硎荊 詿聳植崮苷業(yè)健?nbsp;需要的電感L、磁芯尺寸、和磁芯的額定電感N=103√L/AL(12)這里L(fēng)mH〔CircularMils〕/安培，從導(dǎo)線表可選擇導(dǎo)線的尺寸。(6〕舉例依據(jù)以下需求選擇開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的磁芯：EO=5VΔeO=0.5VIOmax=6AIOmin=1AEinmin=25VEinmax=35Vf=20KHz①用等式〔2〕、〔3〕計(jì)算晶體開(kāi)關(guān)管的截止時(shí)間和最小開(kāi)關(guān)頻率fmintoff=〔1-5/35〕/20,000=4.3×10-5Stmin=〔1-5/25〕/4.3×10-5=18,700Hz②用等式〔4〕ΔiΔi=2〔1〕=2A③用等式〔5〕計(jì)算LL=5〔4.3×10-5〕/2=0.107mH④用等式〔6〕、〔7〕計(jì)算CESRmaxC=2/8(18700)(0.5)=26.7μFESRmax=0.5/2=0.25ΩLI2LI2=(0.107)(8)2=6.9mJLI2以下LI2值座標(biāo)的選擇是：〔a〕45224EC52AL315〔b〕45015EAL250(c)44229實(shí)芯磁芯AL315〔d〕43622AL400〔e〕43230PQAL250AL匝數(shù)250213151940017﹟14磁芯氣隙的應(yīng)用直流偏置數(shù)據(jù)〔μeH〕的有關(guān)曲線表示點(diǎn)的軌跡，這個(gè)軌跡相當(dāng)于有效導(dǎo)磁率保持常數(shù)。由圖9可見(jiàn)以安匝數(shù)表示的最大允許的直流偏置，沒(méi)有使電感減小。超過(guò)這個(gè)范圍電感快速下降。應(yīng)用舉例：求解：多少安匝數(shù)能支持R-42213-A-315罐形磁芯不使電感值減??？：H=25NImax=0.8×H×=62.4或用圖的頂部座標(biāo)安匝/厘米H=20A-T/cmNImax=A-T/cm×=20×3.12=62.4其中： 〔13〕Ae=有效磁芯截面積cm2、AL=電感/1000mH、μi=初始導(dǎo)磁率、=氣隙長(zhǎng)度cm附鐵氧體磁芯直流偏置選擇圖表以上譯自〔美〕MAGNETICS、磁材簡(jiǎn)介50(Hi-Flux)和鐵硅鋁〔Super-MSS〕功率磁芯可用磁導(dǎo)線繞制成變壓器或電感。對(duì)所給能量?jī)?chǔ)存〔電感和電流〕或變換〔電壓和電流〕值所允許的能量消耗，磁芯材料和尺寸的選擇指導(dǎo)〔在這里將會(huì)給出〕。能量消耗通常規(guī)定在最大上升溫度期間內(nèi)的最低效率或最低Q值〔在電流的一個(gè)周期內(nèi)，Q值是2p乘以峰值能量?jī)?chǔ)存/能量消耗〕中選擇磁芯材料時(shí)應(yīng)考慮以下問(wèn)題：鐵鎳鉬〔MPP〕QMHzQRFI鐵鎳50〔Hi-Flux〕是一個(gè)50％鎳50％鐵間隔分布的功率磁芯，它有15000以上高斯的飽和磁通密這些磁芯是抱負(fù)的和它氏值淖薌壑狄謊 庇τ 糜詬咧繃魘保 鼓芴峁┮桓黽跣嘰緄牡綹小?nbsp;ArnoldMPP用鐵硅鋁磁芯是個(gè)極好的選擇。在所用的功率頻率上，鐵硅鋁的低損耗特性能盡量削減溫度的上升，它低于類(lèi)似尺寸的鐵粉芯功率磁芯。與類(lèi)似磁導(dǎo)率和尺寸的鐵粉芯功率磁芯相比硅鋁的直流偏置特性也極好。為了參考，解釋某些根本電磁術(shù)語(yǔ)和定義用于設(shè)計(jì)磁功率磁芯的關(guān)系，隨后是對(duì)于變壓器和電感器設(shè)Q、測(cè)量單位2在CGS1SI4π×10-7/米、電感對(duì)于每一個(gè)磁芯電感〔L〕可用所列的電感系數(shù)〔AL〕計(jì)算：(14)mHN：匝數(shù)所以：這里這里L(fēng)是nH10:(15)Aecm2:有效磁路長(zhǎng)度cmμ:相對(duì)磁導(dǎo)率〔無(wú)量綱〕對(duì)于環(huán)形功率磁芯，有效面積和磁芯截面積一樣。依據(jù)定義和安培定理，有效磁路長(zhǎng)度是線圈的安匝數(shù)〔NI〕和從外徑到外徑穿過(guò)磁芯面積的平均磁場(chǎng)強(qiáng)度之比。有效磁路長(zhǎng)度可用安培定理和平均磁場(chǎng)強(qiáng)度給出的公式計(jì)算：(16)O.D.：磁芯外徑I.D.：磁芯內(nèi)徑4010KHz或更低。對(duì)于各種磁導(dǎo)率和材料，能用‘正常磁導(dǎo)率對(duì)磁通密度關(guān)系’和‘典型磁導(dǎo)率對(duì)頻率關(guān)系’的圖形來(lái)解釋低電平測(cè)試的條件。、磁導(dǎo)率對(duì)于每一個(gè)磁芯尺寸的電感系數(shù)是建立在相對(duì)磁導(dǎo)率的增量上的。在沒(méi)有直流偏置和低磁通密度時(shí)，正常磁導(dǎo)率和增量磁導(dǎo)率是一樣的。增量磁導(dǎo)率隨直流偏置一起減小的狀況以及“增量磁導(dǎo)率對(duì)直流偏11B。很多設(shè)計(jì)過(guò)程包括選擇峰值工作磁通密度去幫助打算磁芯的尺寸。磁材的飽和磁通密度限制了峰值工作磁通密度或被磁材的損耗所限制。在選擇磁材、工作磁通密度和打算磁芯的尺寸之后，法拉第定理〔下面爭(zhēng)論〕用N。最終選擇磁導(dǎo)率以滿足電感的需要。L=電感nH=有效磁路長(zhǎng)度cmAecm211寬范值的磁導(dǎo)率常常能滿足不同的電感需要。安培定理〔也在下面爭(zhēng)論〕所給的峰值磁化強(qiáng)度H，是建立在匝數(shù)、峰值磁化電流〔電感總電流和變壓器原方的空載電流〕和磁芯磁路長(zhǎng)度的根底上的。如圖11H。對(duì)于鐵鎳鉬〔MPP〕，H，下面圖121213、磁通密度和法拉第定理〔峰值〕磁通密度的。可用法拉第定理表示：(17)Bmax:最大〔峰值〕磁通密度(高斯)ERMS:繞組端正弦電壓的均方根值〔Vrms〕N:匝數(shù)Ae:磁芯有效矩形截面積〔cm〕f:正弦電壓頻率14。但被磁滲透所占有的面積小于有效面積，是由于磁導(dǎo)率的減小而減小的。對(duì)于不同的磁導(dǎo)率，手冊(cè)數(shù)據(jù)有效包括了來(lái)自更小的磁滲透面積。徑方向減小見(jiàn)安培定理，在下面將會(huì)描述。3.6、磁場(chǎng)強(qiáng)度和安培定理〔H〕和電流、匝數(shù)、和磁路長(zhǎng)度的關(guān)系：：(18)〔奧斯特〕N：匝數(shù)〔安培〕L:磁路長(zhǎng)度(cm)〔〕。有效磁路長(zhǎng)度供給了穿過(guò)磁芯截面積的磁場(chǎng)強(qiáng)度的平均值：(19)Haverage：從內(nèi)徑到外徑穿過(guò)磁芯的平均磁場(chǎng)強(qiáng)度：同樣單獨(dú)列于磁芯規(guī)格的有效磁路長(zhǎng)度〔cm〕N：匝數(shù)〔安培〕在此手冊(cè)中均使用平均磁場(chǎng)強(qiáng)度，除非另有提示。磁場(chǎng)強(qiáng)度可用正常的磁化曲線估算磁通密度。見(jiàn)有關(guān)磁導(dǎo)率分布。被定義的相對(duì)磁導(dǎo)率為：(20)μ：相對(duì)磁導(dǎo)率B:磁通密度(高斯)H:磁場(chǎng)強(qiáng)度〔奧斯特〕對(duì)于平均繞組的直流電阻可由下式計(jì)算：(21)：匝數(shù)的平均長(zhǎng)度N：匝數(shù)r:導(dǎo)線電阻〔歐姆/1000〕見(jiàn)導(dǎo)線表。除繞組的正常直流電阻外，由于溝通電流的集膚效應(yīng)繞組電阻存在一個(gè)增量變化，可被近似計(jì)算：(22)(23)d=導(dǎo)線直徑〔英〕f=頻率〔Hz〕℃=工作溫度、繞制技術(shù)磁芯繞阻考慮盡量減小分布電容是重要的。環(huán)形磁芯繞阻可考慮有一個(gè)與電感并聯(lián)的有效電容。從匝到匝、層到層以及從局部繞阻到磁芯的電容累加結(jié)果〔Q以減小分布電容?？梢缘玫讲煌睦@制技術(shù)。安排繞制的段數(shù)，如2、4封材料都會(huì)增加有效的分布電容。15準(zhǔn)確繞制的磁芯——具有時(shí)間和再現(xiàn)溫度特性的穩(wěn)定性——必需用溫度循環(huán)的方法來(lái)緩和繞組的張125℃循環(huán)，為了到達(dá)再現(xiàn)的結(jié)果，屢次重復(fù)循環(huán)是需要的。在最終一次循環(huán)時(shí)需包括一個(gè)比在工作條件下簡(jiǎn)潔受到溫度影響的繞制磁芯更低的溫度。這個(gè)循環(huán)將不僅減輕張力，也消退現(xiàn)存的濕度。最終電感的調(diào)整需在溫度循環(huán)處理完成之后進(jìn)展?；驕囟茸兓行┛赡馨l(fā)生收縮，這樣會(huì)影響穩(wěn)定性。在繞制磁芯上的緩沖材料能將影響減到最小。、音頻調(diào)整電路的應(yīng)用QQ(24)Q=品質(zhì)因數(shù)LH=2πfHzRdc=直流繞阻電阻ΩRac=磁芯損耗電阻ΩRcdΩ理論上他們被導(dǎo)出并用不同的磁芯尺寸和電感加以檢驗(yàn)，這些是在確信合理并與很多真實(shí)對(duì)應(yīng)的導(dǎo)線、絕緣和繞阻的磁芯尺寸和電感檢驗(yàn)的。用戶獲得等效結(jié)果的力氣局部依據(jù)他對(duì)復(fù)制假設(shè)條件的力氣。這些假設(shè)條件是：“全繞制磁芯”的定義是一個(gè)最小繞阻內(nèi)徑或繞制磁芯一半之后剩下的剩余孔。70％填滿銅導(dǎo)線包括加強(qiáng)合成膜絕緣材料。全繞制磁芯直流電阻是按匝數(shù)的平方變化，在一樣的方式中和合成電感按匝數(shù)的平方變化一樣。因Ω/mHQ感阻抗的低頻局部的正向斜率。三個(gè)因數(shù)影響電感的高頻性能：①多數(shù)磁芯材料的主要損耗是造成最大Q值頻率以上頻率的低電感曲線的負(fù)向斜率。這個(gè)計(jì)算見(jiàn)下節(jié)Legg,s②其次個(gè)因數(shù)由絕緣損耗引起。絕緣損耗電阻在高頻是有效的，下式能計(jì)算：(25)d=分布電容的功率因數(shù)d125μ及以上0.011860μ 0.041726μ 0.075014μ 0.09002πfHzL=電感nHCdF③多數(shù)引人注目的因數(shù)是分布電容和分布電感的自諧振效應(yīng)。對(duì)于小電感，如對(duì)于每一f0向于指出具有可無(wú)視自諧振效應(yīng)的元件性能。其分布電容和自感確定的自諧振率依據(jù)下式：(26)在某些低頻f,Q(27)這里QQfQff020％時(shí)，Qf96％；然而當(dāng)ff070％時(shí)，Qf51％。La(28)線用使用的電容值標(biāo)志。16Q〔125μ、外徑6.35mm、內(nèi)徑2.79mm、高度2.79mm；涂覆后：6.99mm2.29mm3.43mm〕16Q、鐵鎳鉬在低磁通密度時(shí)的損耗LEGG’SEQUATION*