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滤波电感在电源抗干扰中的应用原理分析
[发布时间]:2016年7月1日 [来源]:维库电子 [点击率]:6064
【导读】: 1 引言  随着开关电源类的数字电路的普及和发展,电子设备辐射和泄漏的电磁波不仅严重干扰其他电子设备正常工作,导致设备功能紊乱、传输错误、控制失灵,而且威胁着人类的健康与安全,已成为一种无形污染,...

  e=N1S·dB/dt

  H=N1I/l

  式中N1,I——为环形磁芯上激磁线圈匝数和电流;S——磁芯截面积;l——平均磁路长度(餌)。

  用相量表示为:

  磁芯在低频时可等效为:Z=R+j=E/Im

  代入上式

  于是可以得到:

  通过上式把磁学参数与电学参数直接联系起来。它表示磁性材料的磁性参数在电路中充当的角色。式(1)表述电路中的电感直接与磁材料的弹性磁导率(2)则既与材料的涡流损耗、磁滞损耗及剩余损耗等有关,并且与频率也有关。反映在电学上就相当于等效电阻R。最后都转变成器件的热能散发到空间,而EMI滤波器中的电感能够滤去干扰信号就是利用了磁性材料的这一特征。从另一个角度看,EMI滤波电感发热是正常的,只要不影响电路的正常工作就行了。图2是滤波器电感在串联等效电路中R与频率关系曲线。相当于电感的插入损耗曲线。在低频段即f〈f1时,电感在电路中阻抗R小得可以不计,电流风乎无损耗的流过。在此阶段电感磁世间本身耗能很少,主要是线圈发热为主(I2R)。只有大电流工作环境下才考虑这一部分能量转换的热量。如在大功率晶闸管调光灯电路中的抗干扰电感,因为电流高达20A~50A,甚至更高,即使线绕电阻很小,但能量与电流的平方成正比,所以线圈的发热量很大。这时只有增加铜线的线径(单股或多股),才可使线圈温度大幅度下降。当频率在f1~fc频段时,由阴抗曲线可以看出等效电阻R随频率提高而逐渐增大。这说明电路电感储能的功能随频率的升高而降低,损耗随频率而增加。在fc点附近等效电阻R迅速增加,从磁学的观点看,磁性材料吸收了电路中的高频能量转变成材料内部损耗,如磁畴壁的运动及其引起的微涡流效应等微观损耗。在fc点附近不再具有贮能作用。而fc的高低与磁性材料性能有关。一般来说铁氧体材料fc高,金属磁性材料fc;较低。但对同一种材料可改变制作工艺材料的成分,人为地调节fc的高低。当频率超过fc以后阻抗开始下降,而到f2时双出现小的峰值,这是在高频下寄生电容Cw引起的谐振吸收。这个峰值的频率高低与电感分布参数有关,与材料的性能关系不大。实际上EMI滤波电感的抗干扰作用就是利用磁性材料这个特征。

  EMI滤波器可分为共模抗干扰滤波器和差模抗干扰滤波器。因此对滤波电感的磁性能要求完全不同。现简述如下:

  (1)共模滤波电感材料的选择共模电感线圈如图1中Lc1Lc2是绕在磁环上的两只独立的线圈,所绕圈数相同,绕向相反。使EMI滤波器接入电路后,两只线圈产生的磁通在磁芯中相互抵消,不会使磁芯饱和。由于干扰信号比较弱,所以磁芯一般工作在低磁场的区域,选用磁性材料要求具有较高的初始磁导率0的材料做共模滤波电感。但也不是初始磁导率愈高愈好,还要考虑磁性材料在电路中的电特性。为了说明,下面选择不同类型高0的软磁材料在同样条件下测其频率与阻抗关系曲线,反映出电感磁芯的插入损耗变化趋势,其性能如表2及图3所示。

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