共模电感的原理以及使用.doc

如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流共模电感的原理以及使用【精品文档】第 8 页共模电感的原理以及使用情况。      由于EMC所面临解决问题大多是共模干扰，因此共模电感也是我们常用的有力元件之一！这里就给大家简单介绍一下共模电感的原理以及使用情况。    共模电感是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件，它由两个尺寸相同，匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上，形成一个四端器件，要对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用，而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。原理是流过共模电流时磁环中的磁通相互叠加，从而具有相当大的电感量，对共模电流起到抑制作用，而当两线圈流过差模电流时，磁环中的磁通相互抵消，几乎没有电感量，所以差模电流可以无衰减地通过。因此共模电感在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号，而对线路正常传输的差模信号无影响。    共模电感在制作时应满足以下要求：    1）绕制在线圈磁芯上的导线要相互绝缘，以保证在瞬时过电压作用下线圈的匝间不发生击穿短路。    2）当线圈流过瞬时大电流时，磁芯不要出现饱和。    3）线圈中的磁芯应与线圈绝缘，以防止在瞬时过电压作用下两者之间发生击穿。    4）线圈应尽可能绕制单层，这样做可减小线圈的寄生电容，增强线圈对瞬时过电压的而授能力。    通常情况下，同时注意选择所需滤波的频段，共模阻抗越大越好，因此我们在选择共模电感时需要看器件资料，主要根据阻抗频率曲线选择。另外选择时注意考虑差模阻抗对信号的影响，主要关注差模阻抗，特别注意高速端口。随着电子设备、计算机与家用电器的大量涌现和广泛普及，电网噪声干扰日益严重并形成一种公害。特别是瞬态噪声干扰，其上升速度快、持续时间短、电压振幅度高(几百伏至几千伏)、随机性强，对微机和数字电路易产生严重干扰，常使人防不胜防，这已引起国内外电子界的高度重视。        电磁干扰滤波器(EMI Filter)是近年来被推广应用的一种新型组合器件。它能有效地抑制电网噪声，提高电子设备的抗干扰能力及系统的可靠性，可广泛用于电子测量仪器、计算机机房设备、开关电源、测控系统等领域。      1 电磁干扰滤波器的构造原理及应用      1.11 构造原理       电源噪声是电磁干扰的一种，其传导噪声的频谱大致为10kHz30MHz，最高可达150MHz。根据传播方向的不同，电源噪声可分为两大类：一类是从电源进线引入的外界干扰，另一类是由电子设备产生并经电源线传导出去的噪声。这表明噪声属于双向干扰信号，电子设备既是噪声干扰的对象，又是一个噪声源。若从形成特点看，噪声干扰分串模干扰与共模干扰两种。串模干扰是两条电源线之间(简称线对线)的噪声，共模干扰则是两条电源线对大地(简称线对地)的噪声。因此，电磁干扰滤波器应符合电磁兼容性(EMC)的要求，也必须是双向射频滤波器，一方面要滤除从交流电源线上引入的外部电磁干扰，另一方面还能避免本身设备向外部发出噪声干扰，以免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。此外，电磁干扰滤波器应对串模、共模干扰都起到抑制作用。       1.2 基本电路及典型应用       电磁干扰滤波器的基本电路如图1所示。       该五端器件有两个输入端、两个输出端和一个接地端，使用时外壳应接通大地。电路中包括共模扼流圈(亦称共模电感)L、滤波电容C1C4。对串模干扰不起作用，但当出现共模干扰时，由于两个线圈的磁通方向相同，经过耦合后总电感量迅速增大，因此对共模信号呈现很大的感抗，使之不易通过，故称作共模扼流圈。它的两个线圈分别绕在低损耗、高导磁率的铁氧体磁环上，当有电流通过时，两个线圈上的磁场就会互相加强。L的电感量与EMI滤波器的额定电流I有关，参见表1。       需要指出，当额定电流较大时，共模扼流圈的线径也要相应增大，以便能承受较大的电流。此外，适当增加电感量，可改善低频衰减特性。C1和C2采用薄膜电容器，容量范围大致是0.01f0.47F，主要用来滤除串模干扰。C3和C4跨接在输出端，并将电容器的中点接地，能有效地抑制共模干扰。C3和C4亦可并联在输入端，仍选用陶瓷电容，容量范围是2200Pf0.1F。为减小漏电流，电容量不得超过0.1F，并且电容器中点应与大地接通。C1C4的耐压值均为630VDC或250VAC。图2示出一种两级复合式EMI滤波器的内部电路，由于采用两级(亦称两节)滤波，因此滤除噪声的效果更佳。针对某些用户现场存在重复频率为几千赫兹的快速瞬态群脉冲干扰的问题，国内外还开发出群脉冲滤波器(亦称群脉冲对抗器)，能对上述干扰起到抑制作用。       2 EMI滤波器在开关电源中的应用      为减小体积、降低成本，单片开关电源一般采用简易式单级EMI滤波器，典型电路如图3所示     图(a)与图(b)中的电容器C能滤除串模干扰，区别仅是图(a)将C接在输入端， 图(b)则接到输出端。图(c)、(d)所示电路较复杂，抑制干扰的效果更佳。图(c)中的L、C1和C2用来滤除共模干扰，C3和C4滤除串模干扰。R为泄放电阻，可将C3上积累的电荷泄放掉，避免因电荷积累而影响滤波特性；断电后还能使电源的进线端L、N不带电，保证使用的安全性。图(d)则是把共模干扰滤波电容C3和C4接在输出端。        EMI滤波器能有效抑制单片开关电源的电磁干扰。图4中曲线a为不加EMI滤波器时开关电源上0.15MHz30MHz传导噪声的波形(即电磁干扰峰值包络线)。曲线b是插入如图3(d)所示EMI滤波器后的波形，能将电磁干扰衰减50dBV70dBV。显然，这种EMI滤波器的效果更佳。       3 EMI滤波器的技术参数及测试方法       3.1 主要技术参数       EMI滤波器的主要技术参数有：额定电压、额定电流、漏电流、测试电压、绝缘电阻、直流电阻、使用温度范围、工作温升Tr、插入损耗AdB、外形尺寸、重量等。上述参数中最重要的是插入损耗(亦称插入衰减)，它是评价电磁干扰滤波器性能优劣的主要指标。插入损耗(AdB)是频率的函数，用dB表示。设电磁干扰滤波器插入前后传输到负载上的噪声功率分别为P1、P2，有公式：        AdB=10lg P1/P2(1)        假定负载阻抗在插入前后始终保持不变，则P1=V12/Z，P2=V22/Z。式中V1是噪声源直接加到负载上的电压，V2是在噪声源与负载之间插入电磁干扰滤波器后负载上的噪声电压，且V2V1。代入(1)式中得到        AdB=20lg (2)       插入损耗用分贝(dB)表示，分贝值愈大，说明抑制噪声干扰的能力愈强。鉴于理论计算比较烦琐且误差较大，通常是由生产厂家进行实际测量，根据噪声频谱逐点测出所对应的插入损耗，然后绘出典型的插入损耗曲线，提供给用户。       图5给出一条典型曲线。由图可见，该产品可将1MHz30MHz的噪声电压衰减65dB。计算EMI滤波器对地漏电流的公式为       ILD=2fCVC(3)       式中，ILD为漏电流，f是电网频率。以图1为例，f=50Hz，C=C3+C4=4400pF，VC是C3、C4上的压降，亦即输出端的对地电压，可取VC220V/2=110V。由(3)式不难算出，此时漏电流ILD=0.15mA。C3和C4若选4700pF，则C=4700pFX2=9400pF，ILD=0.32mA。显然，漏电流与C成正比。对漏电流的要求是愈小愈好，这样安全性高，一般应为几百微安至几毫安。在电子医疗设备中对漏电流的要求更为严格。       需要指出，额定电流还与环境温度TA有关。例如国外有的生产厂家给出下述经验公式：       I=I1(4)      式中，I1是40°C时的额定电流。举例说明，当TA=50时，I=0.88I1；而当TA=25时，I=1.1511。这表明，额定电流值随温度的降低而增大，这是由于散热条件改善的缘故。      3.2 测量插入损耗的方法       测量插入损耗的电路如图6所示。       e是噪声信号发生器，Zi是信号源的内部阻抗，ZL是负载阻抗，一般取50。噪声频率范围可选10kHz30MHz。首先要在不同频率下分别测出插入前后负载上的噪声压降V1、V2，再代入(2)式中计算出每个频率点的AdB值，最后绘出插入损耗曲线。需要指出，上述测试方法比较烦琐，每次都要拆装EMI滤波器。为此可用电子开关对两种测试电路进行快速切换。互感同名端的简单判断方法2010年10月19日 11:30 本站整理 作者：佚名 关键字：图l中的Ll与L2是两个电感线圈，它们之间没有电的直接联系，但当一个线圈(L1或L2)接上交流电源后，则另一个线圈(L2或L1)两端所接的指示灯就会发亮，这是因为两个线圈之间具有一定的互感M，同时线圈之间存在有磁的耦合。若改变两个线圈的相对位置，则指示灯的亮度也会随之改变，这是因为耦合松紧不同的结果。当指示灯最亮时，即是耦合最紧的位置，也是M最大的位置。1.互感通过电磁感应现象可知：当穿过线圈的磁通发生变动时，线圈中就会感应出电动势。当一个线圈由于其中的电流变动而引起磁通变动时，不仅在本线圈中产生感应电动势，同时在邻近的其他线圈中也可能产生感应电动势。在附图2中两个位置较近的线圈L1和L2，当线圈L1中电流i1变动时，它所产生的磁通11也随之而变动，由此在线圈Ll中会有感应电动势或感应电压产生。从图中可以看出，磁通ll的一部分还穿过线圈L2。设这部分磁通为21，则当i1变动时，2l将随之而变动，这样在线圈2中同样会产生感应电动势或感应电压，说明这两个线圈之间有磁的耦合存在。这种由于邻近线圈中的电流变动而在线圈中产生的感应电动势，就称为互感现象。同样，如有电流i2通过线圈L2，则电流i2变动时同样会在线圈Ll中产生互感电动势或互感电压。如果有一个线圈中流的是直流，则在另一个线圈中不能感应出互感电压来，也就是说互感对直流不起作用。实验和推理都证明，线圈Ll对线圈L2的互感和线圈L2对线圈L1的互感是等效的。两线圈之间的互感大小，取决于两个线圈的结构、尺寸、相对位置及介质材料。线圈中没有铁磁性材料时，互感是线性的，但其值远小于用磁性材料做铁芯的互感量。2.同名端仍以图1的互感线圈为例进行分析，图中两个线圈Ll和L2绕在同一圆柱形磁棒上，Ll通入电流il，并假定i是随时间增大的。则i所产生的磁通l也随时间增大，这时，Ll要产生自感电动势，L2要产生互感电动势(这两个电动势都是由l变化引起的)，它们所推动的感应电流都将产生与l方向相反的磁通，反对1的增加(若i随时间减小，则感应电流产生的磁通与l方向相同，反对l的减少)。运用右手螺旋定则，可以确定L1、L2的感应电动势的方向，分别标在图上，见附图3。两线圈的端点l与3、2与4的极性相同。若i是减小的，则Ll、L2中感应电动势的方向都反了过来，但端点1与3、2与4的极性仍然相同，我们把在同一变化磁通作用下，感应电动势极性相同的端子称为“同名端”，感应电动势极性相反的端子称为“异名端”。工程图上常把一组用符号“·”作为标志。互感线圈标上了同名端后，线圈的具体绕法和它们的相对位置就不需要在图上表示出来。欢迎转载，本文来自电子发烧友网()显然，不论i如何变化(增加还是减少)，各线圈的同名端始终保持同一极性。这就意味着当电流i从两线圈的同名端同时流入或流出时，两线圈的磁通方向必定一致，这个特点是定义同名端的一个主要方法。在确定互感线圈同名端(有时也称对应端)后，如果已经知道了线圈的绕法，可以运用楞次定律直接判定。如果不知道线圈的具体绕法(例如线圈被封装在不易打开的壳子中)时，可以进行测量，方法如下：方法一：直流通断法 见附图4所示。线圈l经开关S接于直流电源，线圈2两端接万用表的直流电压挡最小量程。当开关S闭合瞬间，线圈2产生互感电动势，若电压表正向偏转。则AC为同名端;若电压表反向偏转，则AC为异名端。方法二：等效电感法设具有互感为M、电感分别为L1和12的两个线圈，若将两个线圈的异名端相连，作正向串联(串联顺接)时，其等值电感L正=L1+L2+2M;若将两线圈的同名端作反相串联(串联反接)时，等值电感L正=LI+L2-2M。显然，等效电感L正>L反，其等效电抗X正>X反。在相同的正弦电压作用下，正向串联时的电流小，反向串联时的电流大，利用这一关系，即可判断两个线圈的同名端。方法三：灵敏检流法见附图5。当开关K闭合时，电流i从无到有的变化，变化的电流从1端流入L1，产生急剧增强的磁通。通过互感效应，在L2中产生互感电动势，由灵敏检流计A的偏转，可以确定L2中互感电动势的极性(例如4端为正)：L1中有感电动势的极性则是1端为正，这样，就确定了1、4端为同名端。