電感器作為磁性元件的重要組成部分,被廣泛應用于電力電子直流電源線路中.尤其在直流電源電路中更是不可或缺的部分.
如工業控制設備中的電磁繼電器,電力直流電源系統之電功計量表(電度表).直流電源設備輸入和輸出端的直流電源濾波器,電視接收與發射端之調諧器等等均離不開電感器.電感器在電子直流電源線路中主要的作用有:儲能、直流電源濾波、扼流、諧振等.在直流電源電路中,由于電路處理的均是大電流或高電壓的能量傳遞,故電感器多為"功率型"電感.
正是因為功率電感不同于小信號處理電感,在設計時因直流電源的拓撲方式不一樣,設計方式也就各有要求,造成設計的困難.當前直流電源電路中的電感器主要用于直流電源濾波、儲能、能量傳遞以及功率因數校正等.電感器設計涵蓋了電磁理論,磁性材料以及安規等諸多方面的知識,設計者需對工作情況和相關參數要求(如:電流、電壓、頻率、溫升、材料特性等)有清楚了解以作出最合理的設計.
電感器的分類電感器以其應用環境、產品結構、形狀、用途等可分為不同種類,通常電感器設計是以用途及應用環境作為出發點而開始的.在直流電源中以其用途不同,電感器可分為:
直流電源共模濾波電感器(Common Mode Choke)常模直流電源濾波電感器(Normal Mode Choke)功率因數校正電感(Power Factor Correction - PFC Choke)交鏈耦合電感器(Coupler Choke)儲能平波電感(Smooth Choke)磁放大器線圈(MAG AMP Coil)直流電源共模濾波電感器因要求兩線圈具有相同的電感值,相同的阻抗等,故該類電感均采用對稱性設計,其形狀多為TOROID、UU、ET等形狀.
直流電源共模電感的工作原理直流電源共模濾波電感器又稱直流電源共模扼流線圈(以下簡稱直流電源共模電感或CM.M.Choke)或Line Filter.
在直流電源中,由于整流二極管和直流電源濾波電容以及電感中的電流或電壓急劇變化,產生電磁干擾源(noise),同時輸入直流電源中也存在工頻以外的高次諧波噪聲,這些干擾若不加以扼制,將對負載設備或直流電源本身造成損害,因此若干國家之安規機構對電磁干擾(EMI)發射量均作出了相應的管制規定.當前直流電源的開關頻率日趨高頻化EMI也隨之日益嚴重,所以直流電源中均須設置EMI直流電源濾波器,EMI直流電源濾波器需對常模及直流電源共模噪聲均作出相應的抑制,以達到某一規定標準.常模直流電源濾波器負責濾出輸入或輸出端兩根線間之差模干擾信號,直流電源共模濾波器負責濾出兩條入線之直流電源共模干擾信號.實際直流電源共模電感因其工作環境不同,又可分為AC CM.M.CHOKE;DC CM.M.CHOKE和SIGNAL CM.M.CHOKE三種,在設計或選用時應于以區分.但其工作原理完全相同,工作原理如圖(1)所示:
直流電源共模電感的作用圖1直流電源共模電感的作用如圖所示,在同一磁環上繞上兩組方向相反的線圈,據右手螺旋管定則可知,當在輸入端A、B兩端加上極性相反,信號幅值相同的差模電壓時.
有實線所示的電流i2,在磁芯中產生實線所示的磁通Φ2,只要保證兩繞組完全對稱,則磁芯中兩不同方向之磁通相互抵消.總磁通為零,線圈電感幾乎為零,對常模信號無阻抗作用.若在輸入端A、B兩端加上極性相同,幅值相等的直流電源共模信號時,有虛線所示的電流i1,在磁芯中產生虛線所示的磁通Φ1,則磁芯中磁通有相同的方向而互相加強,使每一線圈的電感值為單獨存在時的兩倍,而XL =ωL,因此,此一繞法的線圈對直流電源共模干擾有很強的抑制作用.
實際的EMI直流電源濾波器由L、C組合而成,設計時也常常將差模與直流電源共模抑制電路組合在一起(如圖2),因此,設計時需依據直流電源濾波電容的大小以及所需符合的安規標準作出電感值的決定.
圖中L1、L2、C1構成常模直流電源濾波器,L3、C2、C3構成直流電源共模濾波器.
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