滤波器系列(六):共模电感(三)

共模电感饱和电流测量方法

因差模电感的存在,差模电流流过时就会使磁芯内的磁通密度达到特定值,磁通密度不再随磁场强度的增大而大幅度增大,此时共模电感达到饱和,基本与无磁芯的电感一样。

由电感与磁导率µ的关系式可知:

L=NHS/I

1、系列共模电感单一同侧短路直流叠加测试法

短路共模电感的同侧1&2 脚或 3&4 脚,在另外两个引脚中注入持续增加的电流,直到感量瞬间下降为止,瞬间下降的点即为电感的饱和电流值(注意需在高温 125 度下测试,高温下的饱和电流会较低)。针对1-4 绕组的LC,磁感应强度 B1-4有

针对 2-3 绕组,磁感应强度 B2-3 有:

B1-4 与 B2-3 数值相等但方向相反,从而磁通相互抵消,LC 的 1-4 绕组电压差为0、LC 的 2-3 绕组电压差为0,LC 类似导线,最终参与升压线路储能和释能的为 LD1 与 LD2 的漏磁感量的串联,如图 B。此种连接方式差模电感的感量 L1=LD1+LD2,测出来的饱和电流等于实际的饱和电流 Isat。

U型系列17mH 的共模电感实测的数据如下:

2、共模电感两对侧全短路直流叠加测试法

分别短路共模电感的对侧1&3 脚和2&4 脚,在 1、4引脚中注入持续增加的电流,直到感量瞬间下降为止,瞬间下降的点即为电感的饱和电流值(注意需在高温 125 度下测试,高温下的饱和电流会较低)。针对1-4 绕组的 LC,磁感应强度 B1-4 有:    

针对2-3 绕组,磁感应强度 B2-3有:

B1-4 与 B2-3 数值相等但方向相反,从而磁通相互抵消,LC 的1-4 绕组压差为0、LC 的 2-3 绕组压差为0,LC 类似导线,最终差模电感总感量为LD1 与 LD2 的漏磁感量的并联,如图 D。因此,此种连接方式差模电感的感量 L1=LD1*LD2/(LD1+LD2),测出来的饱和电流等于实际饱和电流 Isat 的2倍。但由于两个绕组的DCR 会不一样,其电流不一定会均分,因此测试结果会有一定的误差

U型系列17mH 的共模电感实测的数据如下:

3、共模电感单一同绕组短路直流叠加测试法    

短路共模电感的其中一绕组2&3脚或1&4脚,在另外两个引脚中注入持续增加的电流,直到感量瞬间下降为止,瞬间下降的点即为电感的饱和电流值(注意需在高温125度下测试,高温下的饱和电流会较低),直流叠加电流I从1脚流入,再从4脚流出:

①当电流很小甚至为0的时候,2-3绕组短路相当2-3绕组的差模电感LD2 当作是2-3绕组的负载,将此负载反射到另外一边的1-4绕组上,因两绕组匝比相等,因此反射到1-4绕组的差模电感等于LD2,这样实测到的差模感量 L1=LD1+LD2

②当到达一定的电流后,针对LC共模电感来说,2-3绕组被直接短路则LC绕组的电压差也就被直接箝位到0V,差模感量约等于LD1的漏磁感量L1≈LD1,如图F。注意,因绕组DCR 的存在,短路的其中一绕组并不是完全短路,会导致差模分量还是有微小的分量经过磁芯,从而实际的感量会略大于LD1,而且测试饱和电流也会低于实际的Isat。

U型系列17mH 的共模电感实测的数据如下:    

4、共模电感三种测试方法的对比总结

综上描述,共模电感差模分量及饱和电流的测试需采用单一同侧短路的测试方法,测试来的单一绕组的差模感量为测试值的0.5倍,饱和电流等于实际测试的饱和值,测试数据较为准确。  

5、环形共模电感的饱和电流测量

如下数据所示,环形电感的漏感很小才26uH左右,且饱和电流非常大,达近9A以上。环形电感对低频的EMI差模信号干扰抑制能力较弱,但它不用怎么考虑饱和的问题,达到这么高的电流后,本身绕线的铜损已经很大,温度已经承受不了。    

6、共模电感饱和对EMI测试结果的影响

共模电感出现饱和后,μ会大幅度减小,磁通量减小,最终导致电感量大幅降低,失去抑制共模电流的能力不同材质磁芯、不同形状磁芯、不同绕线方式共模电感饱和后表现出的失效效果不同,下图为用于开关电源输入级L、N线共模电感饱和后电源端传导测试数据与使用环形共模电感非饱和状态下的电源端传导测试数据对比图。

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