共模扼流圈選擇

2021-11-03

共模扼流圈選擇

電源線(xiàn)上的噪聲可能是一個(gè)令人頭疼的問(wèn)題，會(huì )對設備的性能產(chǎn)生不利影響，導致可靠性問(wèn)題，并導致意外的系統行為。在設計電氣設備時(shí)，設計人員需要考慮兩個(gè)問(wèn)題。

如果輸入電源上的噪音過(guò)大，我的設備將如何工作？

我的設備是否會(huì )產(chǎn)生會(huì )影響使用相同電源的其他設備的噪音？

什么是共模噪聲？

進(jìn)入設備的電源上的共模噪聲通常是由耦合到長(cháng)電線(xiàn)上的大放電電流、不需要的射頻發(fā)射或連接到電源的逆變器和電機等開(kāi)關(guān)設備引起的。設備本身也可以通過(guò)開(kāi)關(guān)元件和非屏蔽電路產(chǎn)生共模噪聲。通過(guò)電源線(xiàn)產(chǎn)生的共模噪聲是開(kāi)關(guān)電源設計中一個(gè)特別關(guān)鍵的問(wèn)題。管理這些排放對于保護連接到此類(lèi)電源的設備和滿(mǎn)足監管要求至關(guān)重要。

如何阻止共模噪聲？

電磁干擾和開(kāi)關(guān)瞬變的問(wèn)題在于它們同樣影響進(jìn)出設備的所有電源線(xiàn)，并且不受差分屏蔽或濾波的影響。當電源上存在共模噪聲時(shí)，共模扼流圈可以利用電壓波動(dòng)來(lái)產(chǎn)生集中在核心中的相反磁場(chǎng)，這些磁場(chǎng)會(huì )相互抵消并以熱量的形式耗散能量。這是通過(guò)圍繞公共核心纏繞電源線(xiàn)來(lái)實(shí)現的。

分立電感器和電容器可用于實(shí)現前端低通濾波器而不是共模扼流圈。雖然這些本身可能是一種低成本的解決方案，但由于初級和次級線(xiàn)圈之間的寄生電容，可能需要主變壓器磁通帶或屏蔽來(lái)阻止變壓器內的共模電流。這會(huì )增加成本和復雜性，并會(huì )降低可靠性。

另一種解決方案是使用共模扼流圈，它本質(zhì)上還充當電氣濾波器，可阻止兩條或多條電源線(xiàn)共有的高頻噪聲，同時(shí)允許線(xiàn)路上所需的直流分量通過(guò)。共模扼流圈最常見(jiàn)的用途是濾除開(kāi)關(guān)模式電源產(chǎn)生的傳導開(kāi)關(guān)和射頻噪聲。

扼流圈由兩個(gè)相同的繞組圍繞一個(gè)公共磁芯制成，每個(gè)繞組中的電流以另一個(gè)相反的方向流動(dòng)。如果繞組用于電源線(xiàn)，則流入兩者的電流將相同。這兩條線(xiàn)將在公共核心中產(chǎn)生相等且相反的磁通量，該磁通量將相互抵消，理論上在核心中產(chǎn)生零凈通量。這意味著(zhù)磁芯內的磁通量將不依賴(lài)于流過(guò)電源線(xiàn)的電流，因此不會(huì )受到磁芯飽和的限制。直流電源將有效地看到可以忽略不計的電感或阻抗。然而，由于繞組的公共電感，高頻噪聲電流會(huì )出現高阻抗，因此會(huì )被衰減。

選擇合適的扼流圈

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，扼流圈是一種磁性電感器，用于阻止或限制不需要的高頻信號，同時(shí)允許直流電暢通無(wú)阻地通過(guò)。在為您的應用選擇合適的扼流圈時(shí)，需要考慮三個(gè)因素。需要多少噪聲衰減？這決定了阻抗。噪聲的下限頻率是多少？這決定了頻率范圍。扼流圈需要處理多少電流？

一個(gè)好的經(jīng)驗法則是，扼流圈需要過(guò)濾的頻率越低，扼流圈的物理尺寸就需要越大。根據扼流圈的基本特性，可以在傳統的通孔線(xiàn)圈和封裝元件或表面貼裝封裝中找到元件。表面貼裝變體適用于簡(jiǎn)單的電路板結構，專(zhuān)門(mén)設計用于消除廣泛頻率范圍內的交流線(xiàn)路傳導共模噪聲，具有高達1500 V的隔離和高達 15 A的電流。 這使得它們非常適合開(kāi)關(guān)模式電源。

共模扼流圈通常有兩種不同的類(lèi)型：RF（射頻）和AF（音頻）。兩者之間的主要區別在于用于構建扼流圈核心的材料。RF扼流圈使用鐵粉或鐵磁珠芯，而AF扼流圈使用實(shí)心磁鐵芯。實(shí)心鐵氧體磁芯通常比鐵粉磁芯具有更高的飽和磁通密度和更高的額定電流。您需要哪一種取決于噪聲的較低范圍頻率，但對于直流電源，通常首選 AF 扼流圈。

如果您不確定所需的實(shí)際濾波特性，一個(gè)好的經(jīng)驗法則是選擇物理上適合可用電路板空間的最大扼流圈，以獲得最大可能的扼流圈阻抗，從而最大程度地抑制共模噪聲.

鐵氧體環(huán)形磁芯提供最有效的磁芯形狀，繞組之間的磁耦合最大，漏電感最小。然而，磁芯材料、大量繞組和塑料安裝底座使它們成為更昂貴的選擇。它們的最大額定電壓還受到繞組之間隔離的限制，通常低于 1500 V。鐵氧體“E”或“U”磁芯形狀可在高達 3000 V 的繞組之間提供更好的隔離。

扼流圈的數據表限制通常由組件允許的加熱限制決定。如果扼流圈將暴露于顯著(zhù)的共模噪聲水平，那么不要忘記在設計過(guò)程中考慮熱管理。

扼流限制

任何扼流圈的性能都受磁芯飽和效應的影響。如果chock存在具有顯著(zhù)峰值電流的噪聲或高電壓、高能量的共模浪涌，那么內核可能會(huì )飽和，浪涌電壓將通過(guò)。扼流圈的應對能力取決于其最大額定電流和任何浪涌的性質(zhì)。如果相關(guān)設備將暴露在此類(lèi)浪涌中，則除了共模扼流圈外，還應設計單獨的浪涌保護。