EMI滤波电感设计

EMI

EMI滤波电感设计正常工作的开关类电源〔SMPS〕会产生有害的高频噪声，它能影响连接到一样电源线上的电子设备像EMISMPS〔1〕。一个差模噪声滤波器和一个共模噪声滤波器能够串联或在很多状况下单独使用共模噪声滤波器。一、共模电感设计〔来讲〕电感绕组的接法和相位是这样的，第一个绕组产生的磁通会与其次个绕组产生的磁通相削.于是，的输入电流需要功率，因此将通过滤波器，滤波器应没有任何明显的损耗。共模噪声的定义是消灭在电源输入线的一根或二根导线上的有害电流通过电感的地返回噪声源的噪声。电压是电感绕组上的衰减，应从有害噪声中保持电源输入线的畅通。、选择电感材料对于电感来讲，大多数选择适当和高效费比的铁氧体，由于在有害频带内能供给最高的阻抗。当看到2给出铁氧体磁环J-42206-TC绕10匝后的阻抗ZS21～10MHzXSRS〔材料磁导率和损耗系数的函数〕共Zt。32导率在750KHz以上的下降；由于电阻取决高频的源阻抗所以损耗系数随频率而增加。31MHz，WJ20-50％，当低频噪声是主要问题时JK2MHzJ100％。在2MHzJW4、磁芯的外形对于共模噪声滤波器环形磁芯是最普及的，他们不贵、泄漏磁通也低。环形磁芯必需用手绕制〔或在独特的环形绕线机上绕制PC接，这个绕制器件还需环氧化在印制板的头部。具有附件的E形磁芯比环形磁芯贵，但组装成一个整体只需较小的代价。绕制E形磁芯的骨架相对廉价。为了分隔两个绕组可购到有分隔板的骨架并可安装在PC板上。EE开缝隙，以便吸取有害的共模和差模噪声。、磁芯的选择5。为了尽量减小绕组电容和防止由于不对称绕组305对于共模电感所需的根本参数是电流〔I〕、阻抗〔ZS〕、和频率〔f〕。电流打算导线的尺寸。一个800A/cm2热，这两个等级可用选择图表表示。XS2阻抗。随后电感可计算为：(2)(1)用的电感和电流乘积LI67L(mH)和I流〔A〕。建立在电流密度〔Cd〕400800A/cm2〔AWG〕可用下式计算：匝数可由磁芯的AL值决如下：、设计举例

(2)

〔3〕100Ω3A，由式〔1〕LS=1.59mH800A/cm2,LI4.777W1MHz47W-41809-TC1ALAL=12200mH/1000〔3〕800A/cm2〔2〕AWG=21。1AL二、整流电感设计LC1～50KHz‘ON’状态时，输入电压EinLC率。通过调整‘ON’ton定的直流输出电压可表示为：Eout=Eintonf(4)8、组件选择和比较器。对于二极箝位管的要求和晶体管的选择一样。假设：〔1〕最大和最小的输入电压〔2〕要和电容的值。LCtofftoff=〔1-Eout/Einmax〕/f(5)Einfmin=(1-Eout/Einmax)/toff(6)用这些值，所需的电感和电容可以算得：通过电感所允许的纹波峰-峰电流〔Δi〕可由下式给出：Δi=2IOmin(7)电感可用下式计算：L=Eouttoff/Δi〔8〕最小的电容可由下式给出：C=Δi/8fminΔeO〔9〕最终，电容最大的等效串联电阻ESR是：ESRmax=ΔeO/Δi〔10〕、电感设计在高频下铁氧体EFP使用。对于开关稳压器的应用，这些磁芯的选择步骤能简化电感的设计。假设绕组系数50％和导线载流容量500〔CircularMils〕/安培，我们能打算最小的磁芯尺寸。设计应用的两个仅有参数必需知道：①电感需要用的直流偏置。②直流电流。计算产品的LI2这里：L=具有直流偏置的所需电感I=最大直流输出电流I=IOmax+Δi(11)将LI2〔P.4.15～4.18〕。跟踪与第一根磁芯尺寸曲线相交的座YAL，它表示最小的磁芯尺寸和最大的AL，在那一点饱和将被避开。ALLI2交就表示是一个可使用的磁芯。假设可能，使用标准气隙的判臼强扇〉模 馐怯捎谒 堑挠行 ┰谧晟嫌眯橄弑硎荆 诖耸植崮苷业健?nbsp;需要的电感L、磁芯尺寸、和磁芯的额定电感N=103√L/AL(12)这里LmH〔CircularMils〕/安培，从导线表可选择导线的尺寸。(6〕举例依据以下需求选择开关稳压器的磁芯：EO=5VΔeO=0.5VIOmax=6AIOmin=1AEinmin=25VEinmax=35Vf=20KHz①用等式〔2〕、〔3〕计算晶体开关管的截止时间和最小开关频率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〕计算LL=5〔4.3×10-5〕/2=0.107mH④用等式〔6〕、〔7〕计算CESRmaxC=2/8(18700)(0.5)=26.7μFESRmax=0.5/2=0.25ΩLI2LI2=(0.107)(8)2=6.9mJLI2以下LI2值座标的选择是：〔a〕45224EC52AL315〔b〕45015EAL250(c)44229实芯磁芯AL315〔d〕43622AL400〔e〕43230PQAL250AL匝数250213151940017﹟14磁芯气隙的应用直流偏置数据〔μeH〕的有关曲线表示点的轨迹，这个轨迹相当于有效导磁率保持常数。由图9可见以安匝数表示的最大允许的直流偏置，没有使电感减小。超过这个范围电感快速下降。应用举例：求解：多少安匝数能支持R-42213-A-315罐形磁芯不使电感值减小？：H=25NImax=0.8×H×=62.4或用图的顶部座标安匝/厘米H=20A-T/cmNImax=A-T/cm×=20×3.12=62.4其中： 〔13〕Ae=有效磁芯截面积cm2、AL=电感/1000mH、μi=初始导磁率、=气隙长度cm附铁氧体磁芯直流偏置选择图表以上译自〔美〕MAGNETICS、磁材简介50(Hi-Flux)和铁硅铝〔Super-MSS〕功率磁芯可用磁导线绕制成变压器或电感。对所给能量储存〔电感和电流〕或变换〔电压和电流〕值所允许的能量消耗，磁芯材料和尺寸的选择指导〔在这里将会给出〕。能量消耗通常规定在最大上升温度期间内的最低效率或最低Q值〔在电流的一个周期内，Q值是2p乘以峰值能量储存/能量消耗〕中选择磁芯材料时应考虑以下问题：铁镍钼〔MPP〕QMHzQRFI铁镍50〔Hi-Flux〕是一个50％镍50％铁间隔分布的功率磁芯，它有15000以上高斯的饱和磁通密这些磁芯是抱负的和它氏值淖芗壑狄谎 庇τ 糜诟咧绷魇保 鼓芴峁┮桓黾跣叽绲牡绺小?nbsp;ArnoldMPP用铁硅铝磁芯是个极好的选择。在所用的功率频率上，铁硅铝的低损耗特性能尽量削减温度的上升，它低于类似尺寸的铁粉芯功率磁芯。与类似磁导率和尺寸的铁粉芯功率磁芯相比硅铝的直流偏置特性也极好。为了参考，解释某些根本电磁术语和定义用于设计磁功率磁芯的关系，随后是对于变压器和电感器设Q、测量单位2在CGS1SI4π×10-7/米、电感对于每一个磁芯电感〔L〕可用所列的电感系数〔AL〕计算：(14)mHN：匝数所以：这里这里L是nH10:(15)Aecm2:有效磁路长度cmμ:相对磁导率〔无量纲〕对于环形功率磁芯，有效面积和磁芯截面积一样。依据定义和安培定理，有效磁路长度是线圈的安匝数〔NI〕和从外径到外径穿过磁芯面积的平均磁场强度之比。有效磁路长度可用安培定理和平均磁场强度给出的公式计算：(16)O.D.：磁芯外径I.D.：磁芯内径4010KHz或更低。对于各种磁导率和材料，能用‘正常磁导率对磁通密度关系’和‘典型磁导率对频率关系’的图形来解释低电平测试的条件。、磁导率对于每一个磁芯尺寸的电感系数是建立在相对磁导率的增量上的。在没有直流偏置和低磁通密度时，正常磁导率和增量磁导率是一样的。增量磁导率随直流偏置一起减小的状况以及“增量磁导率对直流偏11B。很多设计过程包括选择峰值工作磁通密度去帮助打算磁芯的尺寸。磁材的饱和磁通密度限制了峰值工作磁通密度或被磁材的损耗所限制。在选择磁材、工作磁通密度和打算磁芯的尺寸之后，法拉第定理〔下面争论〕用N。最终选择磁导率以满足电感的需要。L=电感nH=有效磁路长度cmAecm211宽范值的磁导率常常能满足不同的电感需要。安培定理〔也在下面争论〕所给的峰值磁化强度H，是建立在匝数、峰值磁化电流〔电感总电流和变压器原方的空载电流〕和磁芯磁路长度的根底上的。如图11H。对于铁镍钼〔MPP〕，H，下面图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:绕组端正弦电压的均方根值〔Vrms〕N:匝数Ae:磁芯有效矩形截面积〔cm〕f:正弦电压频率14。但被磁渗透所占有的面积小于有效面积，是由于磁导率的减小而减小的。对于不同的磁导率，手册数据有效包括了来自更小的磁渗透面积。径方向减小见安培定理，在下面将会描述。3.6、磁场强度和安培定理〔H〕和电流、匝数、和磁路长度的关系：：(18)〔奥斯特〕N：匝数〔安培〕L:磁路长度(cm)〔〕。有效磁路长度供给了穿过磁芯截面积的磁场强度的平均值：(19)Haverage：从内径到外径穿过磁芯的平均磁场强度：同样单独列于磁芯规格的有效磁路长度〔cm〕N：匝数〔安培〕在此手册中均使用平均磁场强度，除非另有提示。磁场强度可用正常的磁化曲线估算磁通密度。见有关磁导率分布。被定义的相对磁导率为：(20)µ：相对磁导率B:磁通密度(高斯)H:磁场强度〔奥斯特〕对于平均绕组的直流电阻可由下式计算：(21)：匝数的平均长度N：匝数r:导线电阻〔欧姆/1000〕见导线表。除绕组的正常直流电阻外，由于沟通电流的集肤效应绕组电阻存在一个增量变化，可被近似计算：(22)(23)d=导线直径〔英〕f=频率〔Hz〕℃=工作温度、绕制技术磁芯绕阻考虑尽量减小分布电容是重要的。环形磁芯绕阻可考虑有一个与电感并联的有效电容。从匝到匝、层到层以及从局部绕阻到磁芯的电容累加结果〔Q以减小分布电容。可以得到不同的绕制技术。安排绕制的段数，如2、4封材料都会增加有效的分布电容。15准确绕制的磁芯——具有时间和再现温度特性的稳定性——必需用温度循环的方法来缓和绕组的张125℃循环，为了到达再现的结果，屡次重复循环是需要的。在最终一次循环时需包括一个比在工作条件下简洁受到温度影响的绕制磁芯更低的温度。这个循环将不仅减轻张力，也消退现存的湿度。最终电感的调整需在温度循环处理完成之后进展。化或温度变化有些可能发生收缩，这样会影响稳定性。在绕制磁芯上的缓冲材料能将影响减到最小。、音频调整电路的应用QQ(24)Q=品质因数LH=2πfHzRdc=直流绕阻电阻ΩRac=磁芯损耗电阻ΩRcdΩ理论上他们被导出并用不同的磁芯尺寸和电感加以检验，这些是在确信合理并与很多真实对应的导线、绝缘和绕阻的磁芯尺寸和电感检验的。用户获得等效结果的力气局部依据他对复制假设条件的力气。这些假设条件是：“全绕制磁芯”的定义是一个最小绕阻内径或绕制磁芯一半之后剩下的剩余孔。70％填满铜导线包括加强合成膜绝缘材料。全绕制磁芯直流电阻是按匝数的平方变化，在一样的方式中和合成电感按匝数的平方变化一样。因Ω/mHQ感阻抗的低频局部的正向斜率。三个因数影响电感的高频性能：①多数磁芯材料的主要损耗是造成最大Q值频率以上频率的低电感曲线的负向斜率。这个计算见下节Legg,s②其次个因数由绝缘损耗引起。绝缘损耗电阻在高频是有效的，下式能计算：(25)d=分布电容的功率因数d125μ及以上0.011860μ 0.041726μ 0.075014μ 0.09002πfHzL=电感nHCdF③多数引人注目的因数是分布电容和分布电感的自谐振效应。对于小电感，如对于每一f0向于指出具有可无视自谐振效应的元件性能。其分布电容和自感确定的自谐振率依据下式：(26)在某些低频f,Q(27)这里QQfQff020％时，Qf96％；然而当ff070％时，Qf51％。La(28)线用使用的电容值标志。16Q〔125μ、外径6.35mm、内径2.79mm、高度2.79mm；涂覆后：6.99mm2.29mm3.43mm〕16Q、铁镍钼在低磁通密度时的损耗LEGG’SEQUATION*