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共模电感在EMI滤波器中的分析设计!

物联产品&电磁兼容EMC 2019-08-20 14:02 发文

    《开关电源:EMC的分析与设计》&《开关电源:电磁兼容进级与优化设计》我在课程中都有谈到,EMI滤波器的设计不仅对EMI传导设计是关键的环节;优化的滤波器结构对我们产品的EMS-快速群脉冲的设计应用也相当重要!特别是目前的产品设计中开关电源 未来更加高频化,追求小体积;带来的EMI问题也更加明显;为了满足产品功能要求、减少调试时间,使产品满足电磁兼容标准的要求,好的设计事半功倍。我将EMI滤波器中的关键器件:共模电感的分析设计提供参考;


 

电子产品的CLASSA &B 标准要求


    我们通过如下的框图结构知道,如果对于有开关电源系统的产品及电子线路如果不插入EMI滤波器;其很难通过上述的CLASS A/B的标准限值要求;

 

    《开关电源:EMC的分析与设计》&《开关电源:电磁兼容进级与优化设计》

分析设计中EMI-传导高效设计我的设计理论是150KHZ-10MHZ我们快速使用EMI输入滤波器来搞定!上图中EMI滤波器中最为关键的设计为共模电感的选择和设计;以下我将共模电感的特性进行理论分析!

1.快速设计法:目前推荐及常用的比较优化的共模电感结构如下;


共模电感器等效电路:

共模滤波器中,其漏感作为差模电感的用途;可进一步优化EMI滤波器的体积。


共模电感器磁场分布特点如下:

A. FCM

共模磁通基本都在磁芯内部,使得共模电感量很大!


B. FDM

差模磁通通过磁芯外部空气,使得差模电感量较小!


2.分析两种常用的共模电感的磁芯结构


A.T Core

B.SQ Core

应用时注意要点:

Δ对分绕结构,工频功率电流(差模形态)作用下,磁芯存在偏磁磁通;

Δ偏磁磁通沿磁芯分布不均匀,在绕组中间部位磁密最大;

Δ如果在偏磁磁通下,磁密最大处磁芯饱和,则共模感量急剧下降;

Δ漏感(差模电感)越大,在工频电流下偏磁通越大,则磁芯越易局部饱和;

偏磁电流(直流/工频)对共模电感的影响需要考虑

直流电流偏磁影响评估

在电子线路中;共模电感需要满足的基本要求,其最大饱和磁通不要超过其使用范围!


3.共模电感T Core & SQ Core的技术比较

SQ Core 自动化绕制的共模电感会更具有优势!EMI-传导的设计更快捷!

我提供深圳市吉祥腾达电子有限公司的产品数据提供参考;


4.共模电感的常用型号参数对比表

我提供上面的Data给大家参考;方便大家的理论和实践的选型指导!


SQ-Core(TD系列)扁平线共模电感和T-Core共模电感测试数据比较参考如下:

在同样的LED照明产品系统仅仅更换如上图同等参数规格的共模电感设计;

T-Core磁环共模电感EMI测试数据:

该数据测试来源于:深圳市吉祥腾达电子有限公司


SQ-Core(TD系列)扁平线共模电感EMI测试数据:


通过对于上面的测试数据可以直观的看到,SQ-Core(TD系列)扁平线共模电感对比 T-Core磁环共模电感,其共模电感的高频谐振点右移 在500KHZ-10MHZ(有较高的阻抗)有较好的插损特性!

在电磁兼容领域EMI数据因为要描述的幅度和频率范围都很宽,在图形上用对数坐标更容易表示,而dB就是用对数表示时的单位-用分贝(dB)的单位描述;因此对于器件(共模电感)我们能知道其插入损耗(对应的衰减dB数)就非常直观!因此优质的厂家通常能给出共模电感的插入损耗;

同样我再提供深圳市吉祥腾达电子有限公司将两种电感量相同的磁芯数据的插入损耗进行参考,便于后期电子设计师们选型设计;

数据测试来源于:深圳市吉祥腾达电子有限公司


对于>30W的电源系统;扁平铜带绕制的共模电感替换T-Core的共模电感结构可以提高效率,减小电感的温升;同时由于扁平线的漏感较低;其宽频特性就会好于绕线电感!我们通过对比测试曲线得出结论:扁平线绕组的共模电感其EMI传导在1MHZ-30MHZ的特性就非常好!

注意:在共模电感应用时;直流电流偏磁影响下共模电感的等效Gap对共模和差模的电感特性有较大的影响;因此需要关注共模电感的通态电流!

对于<30W的开关电源辅助供电系统;由于系统可能是Ⅱ类器具/结构- 无接地措施;请参考《开关电源:EMC的分析与设计》&《开关电源:电磁兼容进级与优化设计》的演讲报告 FT20.6-采用分区/槽绕(SectionalWinding)的共模电感结构。

 

更多设计应用实践及技术交流;请关注阿杜老师!

杜佐兵 

电磁兼容(EMC)线上&线下高级讲师

杜佐兵老师在电子行业从业近20年,是国家电工委员会高级注册EMC工程师,武汉大学光电工程学院、光电子半导体激光技术专家。目前专注于电子产品的电磁兼容设计、开关电源及LED背光驱动设计。

2019年在电源网研讨会和大家一起进行交流!

下一站 东莞,成都,上海,杭州……我将理论与实践分享给大家;

与君探讨,我们不见不散!

如果对我以下的课程(课题)感兴趣,欢迎邀约和大家分享!

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