GleichtaktinduktorenSie werden häufig in Schaltnetzteilen für Computer verwendet, um elektromagnetische Gleichtakt-Störsignale zu filtern. Im Platinendesign spielt der Gleichtaktinduktor auch die Rolle der EMI-Filterung, die zur Unterdrückung der nach außen gerichteten Strahlung und Emission elektromagnetischer Wellen verwendet wird, die von Hochgeschwindigkeitssignalleitungen erzeugt werden.
Als wichtiger Bestandteil magnetischer Komponenten werden Induktivitäten häufig in leistungselektronischen Schaltkreisen eingesetzt. Insbesondere in Stromkreisen ist es ein unverzichtbarer Bestandteil. Zum Beispiel elektromagnetische Relais in industriellen Steuerungsgeräten und Stromzähler (Wattstundenzähler) in Energiesystemen. Filter am Ein- und Ausgang von Schaltnetzteilen, Tuner am Empfangs- und Sendeende des Fernsehgeräts usw. sind alle untrennbar mit Induktivitäten verbunden. Die Hauptfunktionen von Induktivitäten in elektronischen Schaltkreisen sind: Energiespeicherung, Filterung, Drosselung, Resonanz usw. In Leistungsschaltkreisen handelt es sich bei Induktivitäten meist um „Leistungsinduktivitäten“, da sich die Schaltkreise mit der Energieübertragung großer Ströme oder hoher Spannungen befassen.
Gerade weil sich die Leistungsinduktivität von der Kleinsignalverarbeitungsinduktivität unterscheidet, ist die Topologie des Schaltnetzteils während des Entwurfs unterschiedlich, und die Entwurfsmethode hat auch ihre eigenen Anforderungen, was zu Entwurfsschwierigkeiten führt.InduktorenIn aktuellen Stromversorgungskreisen werden sie hauptsächlich zur Filterung, Energiespeicherung, Energieübertragung und Leistungsfaktorkorrektur verwendet. Das Induktordesign umfasst viele Wissensaspekte wie elektromagnetische Theorie, magnetische Materialien und Sicherheitsvorschriften. Um Entscheidungen treffen zu können, müssen Konstrukteure ein klares Verständnis der Arbeitsbedingungen und der damit verbundenen Parameteranforderungen (wie Strom, Spannung, Frequenz, Temperaturanstieg, Materialeigenschaften usw.) haben. Das vernünftigste Design.
Klassifizierung von Induktoren:
Induktoren können je nach Anwendungsumgebung, Produktstruktur, Form, Verwendung usw. in verschiedene Typen unterteilt werden. Normalerweise beginnt das Induktordesign mit der Verwendung und der Anwendungsumgebung als Ausgangspunkt. In Schaltnetzteilen können Induktivitäten unterteilt werden in:
Normalmodus-Choke
Leistungsfaktorkorrektur – PFC-Drossel
Vernetzter gekoppelter Induktor (Coupler Choke)
Energiespeicher-Glättungsinduktor (Smooth Choke)
Magnetische Verstärkerspule (MAG AMP Coil)
Gleichtaktfilterinduktivitäten erfordern, dass die beiden Spulen den gleichen Induktivitätswert, die gleiche Impedanz usw. haben. Daher weisen diese Induktivitätstypen symmetrische Designs auf und ihre Formen sind meist TOROID, UU, ET und andere Formen.
Funktionsweise von Gleichtaktinduktivitäten:
Die Gleichtaktfilterinduktivität wird auch als Gleichtaktdrosselspule (im Folgenden als Gleichtaktinduktivität oder CM.M.Choke bezeichnet) oder Netzfilter bezeichnet.
Gleichtaktfilterinduktivitäten erfordern, dass die beiden Spulen den gleichen Induktivitätswert, die gleiche Impedanz usw. haben. Daher weisen diese Induktivitätstypen symmetrische Designs auf und ihre Formen sind meist TOROID, UU, ET und andere Formen.
Funktionsweise von Gleichtaktinduktivitäten:
Die Gleichtaktfilterinduktivität wird auch als Gleichtaktdrosselspule (im Folgenden als Gleichtaktinduktivität oder CM.M.Choke bezeichnet) oder Netzfilter bezeichnet.
ImSchaltnetzteilAufgrund der schnellen Strom- bzw. Spannungsänderungen in der Gleichrichterdiode, dem Filterkondensator und der Induktivität werden elektromagnetische Störquellen (Rauschen) erzeugt. Gleichzeitig gibt es neben der Netzfrequenz in der Eingangsstromversorgung auch harmonische Störungen höherer Ordnung. Wenn diese Störungen nicht beseitigt werden, führt die Unterdrückung zu Schäden an der Lastausrüstung oder am Schaltnetzteil selbst. Aus diesem Grund haben Sicherheitsbehörden in mehreren Ländern Vorschriften zu elektromagnetischen Interferenzen (EMI) erlassen.
entsprechende Kontrollvorschriften. Gegenwärtig wird die Schalthäufigkeit von Schaltnetzteilen immer höher und die elektromagnetische Störung wird immer schwerwiegender. Deshalb müssen in Schaltnetzteilen EMI-Filter eingebaut werden. Um bestimmte Anforderungen zu erfüllen, müssen die EMI-Filter sowohl Normalmodus- als auch Gleichtaktrauschen unterdrücken. Standard. Der Normalmodusfilter ist dafür verantwortlich, das Differenzmodus-Interferenzsignal zwischen den beiden Leitungen am Eingangs- oder Ausgangsende herauszufiltern, und der Gleichtaktfilter ist dafür verantwortlich, das Gleichtakt-Interferenzsignal zwischen den beiden Eingangsleitungen herauszufiltern. Tatsächliche Gleichtaktinduktoren können in drei Typen unterteilt werden: AC CM.M.CHOKE; DC CM.M.CHOKE und SIGNAL CM.M.CHOKE aufgrund unterschiedlicher Arbeitsumgebungen. Sie sollten beim Entwerfen oder Auswählen unterschieden werden. Das Funktionsprinzip ist jedoch genau das gleiche, wie in Abbildung (1) dargestellt:
Wie in der Abbildung dargestellt, sind zwei Spulensätze mit entgegengesetzter Richtung auf denselben Magnetring gewickelt. Wenn gemäß der Rechtsspiralrohrregel eine Gegentaktspannung mit entgegengesetzter Polarität und gleicher Signalamplitude an die Eingangsanschlüsse A und B angelegt wird, entsteht ein Strom i2, der in der durchgezogenen Linie dargestellt ist, und ein magnetischer Fluss Der in der durchgezogenen Linie dargestellte Wert Φ2 wird im Magnetkern erzeugt. Solange die beiden Wicklungen völlig symmetrisch sind, heben sich die magnetischen Flüsse in den beiden unterschiedlichen Richtungen im Magnetkern gegenseitig auf. Der gesamte magnetische Fluss ist Null, die Spuleninduktivität ist nahezu Null und es gibt keinen Impedanzeffekt auf das Normalmodussignal. Wenn ein Gleichtaktsignal mit der gleichen Polarität und der gleichen Amplitude an die Eingangsklemmen A und B angelegt wird, entsteht ein Strom i1, der durch die gestrichelte Linie dargestellt ist, und ein magnetischer Fluss Φ1, der durch die gepunktete Linie dargestellt ist, wird im Magnet erzeugt Kern, dann wird der magnetische Fluss im Kern die gleiche Richtung haben und sich gegenseitig verstärken, so dass der Induktivitätswert jeder Spule doppelt so hoch ist wie der, wenn sie alleine existiert, und XL = ωL. Daher hat die Spule dieser Wickelmethode eine starke Unterdrückungswirkung auf Gleichtaktstörungen.
Der eigentliche EMI-Filter besteht aus L und C. Beim Entwurf werden Differenzmodus- und Gleichtakt-Unterdrückungsschaltungen häufig kombiniert (wie in Abbildung 2 dargestellt). Daher muss sich die Auslegung an der Größe des Filterkondensators und den erforderlichen Sicherheitsvorschriften orientieren. Normen treffen Entscheidungen über Induktorwerte.
In der Abbildung bilden L1, L2 und C1 einen Normalmodusfilter und L3, C2 und C3 einen Gleichtaktfilter.
Design eines Gleichtaktinduktors
Bevor Sie einen Gleichtaktinduktor entwerfen, prüfen Sie zunächst, ob die Spule den folgenden Grundsätzen entsprechen muss:
1 > Unter normalen Betriebsbedingungen wird der Magnetkern aufgrund des Stromversorgungsstroms nicht gesättigt.
2 > Es muss eine ausreichend große Impedanz für hochfrequente Störsignale, eine bestimmte Bandbreite und eine Mindestimpedanz für den Signalstrom bei der Betriebsfrequenz haben.
3 >Der Temperaturkoeffizient des Induktors sollte klein sein und die verteilte Kapazität sollte klein sein.
4>Der Gleichstromwiderstand sollte so klein wie möglich sein.
5>Die Induktionsinduktivität sollte so groß wie möglich sein und der Induktivitätswert muss stabil sein.
6 >Die Isolierung zwischen den Wicklungen muss den Sicherheitsanforderungen entsprechen.
Schritte zum Entwurf eines Gleichtaktinduktors:
Schritt 0 SPEC-Erfassung: Zulässiger EMI-Wert, Anwendungsort.
Schritt 1 Bestimmen Sie den Induktivitätswert.
Schritt 2 Das Kernmaterial und die Spezifikationen werden festgelegt.
Schritt 3 Bestimmen Sie die Anzahl der Windungen und den Drahtdurchmesser.
Schritt 4: Prüfung
Schritt 5Testen
Designbeispiele
Schritt 0: EMI-Filterschaltung, wie in Abbildung 3 dargestellt
CX = 1,0 Uf Cy = 3300PF EMI-Level: Fcc Klasse B
Typ: AC-Gleichtaktdrossel
Schritt 1: Bestimmen Sie die Induktivität (L):
Aus dem Schaltplan ist ersichtlich, dass das Gleichtaktsignal durch den Gleichtaktfilter bestehend aus L3, C2 und C3 unterdrückt wird. Tatsächlich bilden L3, C2 und C3 zwei LC-Reihenschaltungen, die das Rauschen der Leitungen L bzw. N absorbieren. Solange die Grenzfrequenz der Filterschaltung bestimmt ist und die Kapazität C bekannt ist, kann die Induktivität L durch die folgende Formel ermittelt werden.
fo= 1/(2π√LC)L → 1/(2πfo)2C
Normalerweise ist die EMI-Testbandbreite wie folgt:
Leitungsgebundene Störungen: 150KHZ → 30MHZ (Hinweis: VDE-Standard 10KHZ – 30M)
Strahlungsinterferenz: 30 MHz 1 GHz
Der tatsächliche Filter kann die steile Impedanzkurve des idealen Filters nicht erreichen und die Grenzfrequenz kann normalerweise auf etwa 50 kHz eingestellt werden. Hier wird also fo = 50 kHz angenommen
L =1/(2πfo)2C = 1/ [( 2*3,14*50000)2 *3300*10-12] = 3,07mH
L1, L2 und C1 bilden einen (Tiefpass-)Normalmodusfilter. Die Kapazität zwischen den Leitungen beträgt 1,0 uF, die Normalmodus-Induktivität beträgt also:
L = 1/ [( 2*3,14*50000)2 *1*10-6] = 10,14uH
Auf diese Weise kann der theoretisch erforderliche Induktivitätswert erreicht werden. Wenn Sie eine niedrigere Grenzfrequenz f erreichen möchten, können Sie den Induktivitätswert weiter erhöhen. Die Grenzfrequenz beträgt im Allgemeinen nicht weniger als 10 kHz. Theoretisch ist der EMI-Unterdrückungseffekt umso besser, je höher die Induktivität ist, aber eine zu hohe Induktivität führt zu einer niedrigeren Grenzfrequenz und der eigentliche Filter kann nur eine bestimmte Breitbandigkeit erreichen, was den Unterdrückungseffekt von hochfrequentem Rauschen (im Allgemeinen) verschlechtert Der Rauschanteil des Schaltnetzteils beträgt etwa 5 bis 10 MHz, es gibt jedoch Fälle, in denen er 10 MHz überschreitet. Darüber hinaus gilt: Je höher die Induktivität, desto mehr Windungen hat die Wicklung bzw. desto höher ist die UI des KERNS, was zu einer Erhöhung der Niederfrequenzimpedanz führt (der DCR wird größer). Mit zunehmender Windungszahl nimmt auch die verteilte Kapazität zu (siehe Abbildung 4), sodass alle Hochfrequenzströme durch diese Kapazität fließen können. Die übermäßig hohe Benutzeroberfläche führt dazu, dass CORE leicht gesättigt ist und die Herstellung äußerst schwierig und kostspielig ist.
Schritt 2 Bestimmen Sie das KERNmaterial und die GRÖSSE
Aus den oben genannten Designanforderungen können wir erkennen, dass die Gleichtaktinduktivität schwer zu sättigen sein muss. Daher muss ein Material mit einem niedrigen BH-Winkelverhältnis ausgewählt werden. Da ein höherer Induktivitätswert erforderlich ist, muss auch der UI-Wert des Magnetkerns hoch sein und außerdem muss er über einen geringeren Kernverlust und einen höheren Bs-Wert verfügen. Das Mn-Zn-Ferritmaterial CORE ist derzeit das am besten geeignete CORE-Material, das die Anforderungen erfüllt oben genannten Anforderungen.
Bei der Konstruktion gibt es keine bestimmten Vorschriften zur COEE-GRÖSSE. Im Prinzip muss es nur die erforderliche Induktivität erfüllen und die Größe des entworfenen Produkts innerhalb des zulässigen Niederfrequenzverlustbereichs minimieren.
Daher sollten KERNmaterial und GRÖSSE-Extraktion auf der Grundlage von Kosten, zulässigem Verlust, Installationsraum usw. untersucht werden. Der häufig verwendete KERNwert von Gleichtaktinduktoren liegt zwischen 2000 und 10000. Eisenpulverkerne weisen außerdem einen geringen Eisenverlust, hohe Bs und niedrige Werte auf BH-Winkelverhältnis, aber sein UI ist niedrig, daher wird es im Allgemeinen nicht in Gleichtaktinduktoren verwendet, aber dieser Kerntyp ist einer der Normalmodusinduktoren. Bevorzugte Materialien.
Schritt 3 Bestimmen Sie die Windungszahl N und den Drahtdurchmesser dw
Bestimmen Sie zunächst die Spezifikationen des CORE. In diesem Beispiel ist beispielsweise T18*10*7, A10, AL = 8230±30 %, dann:
N = √L / AL = √(3,07*106 ) / (8230*70%) = 23 TS
Der Drahtdurchmesser basiert auf der Stromdichte von 3 ~ 5A/mm2. Wenn es der Platz zulässt, kann die Stromdichte möglichst niedrig gewählt werden. Nehmen Sie an, dass der Eingangsstrom I i = 1,2 A in diesem Beispiel ist, nehmen Sie J = 4 A/mm2
Dann ist Aw = 1,2 / 4 = 0,3 mm2 Φ0,70 mm
Der tatsächliche Gleichtaktinduktor muss anhand tatsächlicher Muster getestet werden, um die Zuverlässigkeit des Designs zu bestätigen, da Unterschiede in den Herstellungsprozessen auch zu Unterschieden in den Induktorparametern führen und die Filterwirkung beeinflussen. Beispielsweise führt eine Erhöhung der verteilten Kapazität zu hochfrequentem Rauschen. Einfacher zu übertragen. Die Asymmetrie der beiden Wicklungen vergrößert den Induktivitätsunterschied zwischen den beiden Gruppen und bildet eine gewisse Impedanz für das Normalmodussignal.
Zusammenfassen
1 >Die Funktion der Gleichtaktinduktivität besteht darin, das Gleichtaktrauschen in der Leitung herauszufiltern. Der Aufbau erfordert, dass die beiden Wicklungen einen völlig symmetrischen Aufbau und gleiche elektrische Parameter aufweisen.
2 >Die verteilte Kapazität der Gleichtaktinduktivität wirkt sich negativ auf die Unterdrückung hochfrequenter Störungen aus und sollte minimiert werden.
3 >Der Induktivitätswert der Gleichtaktinduktivität hängt vom zu filternden Rauschfrequenzband und der passenden Kapazität ab. Der Induktivitätswert liegt normalerweise zwischen 2 mH und 50 mH.
Quelle des Artikels: Nachdruck aus dem Internet
Xuange wurde 2009 gegründetHoch- und Niederfrequenztransformatoren, Induktoren undNetzteile für LED-AntriebeDie hergestellten Produkte werden häufig in Verbrauchernetzteilen, Industrienetzteilen, neuen Energienetzteilen, LED-Netzteilen und anderen Branchen eingesetzt.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 28. Mai 2024