滤波器系列(五)共模电感的差模分量

环形共模电感的差模分量

环型磁芯整个周长的截面积都是相等的,如果环形线圈没有绕满一周,或绕制不紧密,那么磁通就会从磁芯中泄漏出来。共模扼流圈有两个绕组,这两个绕组被设计成使它们所流过的电流沿磁芯传导时方向相反,从而使磁场0。芯体上的线圈一般不是双线绕制,这样两个绕组之间就有相当大的间隙,自然就引起磁通“泄漏”,泄漏的磁通在芯体外部形成闭合回路,形成差模电感。因此,针对每个绕组而言,它产生的磁通会可以分成两部分:

²通过磁芯耦合到邻近绕组的磁通。由于两个绕组所产生的该部分磁通总是大小相等方向相反,因此其总合为0,对自感没有贡献。

²没有耦合到邻近绕组的磁通,该磁通流经磁芯(绕组内部)并经空气形成闭环,即漏磁通(差模电感)

U形共模电感的差模分量

现有的U形系列共模电感,因其优良的绕制工艺、特殊的磁芯设计,使其差模电感可以做得更大,同时寄生电容较小,从而使 EMI 的抑制能力更强,这样的优点使U形系列共模电感广泛应用于现有电源产品的 EMI 滤波线路中。    

U形系列的漏感的形成,除了环形线圈没有绕满一周及绕制不紧密导致外,更重要的一个原因是磁芯的特殊尺寸设计造成。如上图所示,磁芯的长与宽的截面积SL与SW 设计得不一样,SL的面积会接近2倍的 SW 的面积,当经SL磁芯的磁力线要通过 SW时,因截面积减小,磁路变窄,磁阻变大,导致有一部分的磁力线无法通过SW在磁芯中形成闭合,从而通过空气形成闭合磁力线,导致的漏感的增加,如下图所示:

U形共模电感差模分量计算

共模电感的差模分量公式如下

Lair_core 为空气芯电感量;ueff 为棒状电感(半个磁环)的等效相对磁导率,是一个与磁芯相对磁导率有关的参数,差模电感的等效相对磁导率是一个只跟磁芯几何参数有关的量。

其中,le 为厂商所提供的环形磁芯的有效磁路长度;d 为与磁芯有效截面 Ae 面积相等的圆的直径。环形空气芯的电感量计算公式如下:    

差模磁通(漏磁通)并不是完全被束缚在磁芯里面,而是有两部分组成:磁芯里面和磁芯外面,磁路长度为:

其中,θ为绕组在磁芯上所覆盖的长度对圆心所张开的角度,差模电感量磁路长度计算模型图形如下

然而漏磁通并不仅仅只存在于磁环的内侧,同样,磁环的外侧也存在着一部分漏磁通,因此,根据经验对上式修正为:

    

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