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AC Input Filter 学习笔记(一) :共模电感探究

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1
青城之夜
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LV6
高级工程师
  • 2015-7-5 20:56:57
最近感受到对于单身狗的人生实在太无聊了,于是在工作之余就开始新一轮的对于反激电源的学习。为了以后方便重新的回忆以及有些疑问跟大家一起讨论一下,便有了这个动力写点东西。主要是关于AC端输入滤波器的探究,本着便学习边总结的指导方针,在7月份学习可以分为三个部分,:
1:共模电感对于传到测试中的 CM/DM Noise的特性分析
2:共模电感在辐射的特性分析
3:共模电感对于系统状态的影响
今天先来讲第一个问题:1:共模电感对于传到测试中的 CM/DM Noise的特性分析
在工作中遇到的共模电感一般是EE型或环型,而对于共模电感中对 CM/DM Noise的影响,特别是对DM Noise 的影响大部分工程师都只有一个模糊的概念。想刚到公司的时候,问了几个老工程师为什么共模电感会对差模干扰产生抑制作用呢?通常他们会说共模电感中会有漏感,而由漏感组成了寄生的差模电感,而这时如果继续追问在设计的时候如何确定共模电感的感量以及如何确定差模电感时你是得不到答案的,因为大多数的工程师对于设计这个输入端的共模电感还是停留在考以前大量的实验得到的经验,只要看到传导辐射温升OK,也就OK了。于是对共模电感没有一个定性定量的认识。(注明:以下各图来自各个论文,非原创)

一:共模电感中电磁场分析
NI=HL B=uH 根据大学里学的电磁场内容,应该不难理解:




其中H的变化趋势根据以上的公式以及高斯定理,可以理解。而由于在磁心由于磁阻比较低也就是u比较大,而空气中的磁阻比较高也就是u比较小,所以就导致之B在磁心与空气的分界面上的突变。而具体的电磁场的分布如下图所示:




可以利用物理相似的比拟法得到电路图如下图:
其中的Ic就是共模电感分量,而I1就是差模电感的分量了。具体的计算太复杂了,就不再这里表述了,参考文献有完整的推导过程[1]。(如想获取参考文献请看文章的最后)
其中这里有一个关键的问题点:要知道的是不管是其中的差模电感还是其中的共模电感,在我们电源中的任何电流都要流过这个共模电感,那么问题来了,这个经过这个共模电感的差模电流(这里是指AC端的供电电流非差模Noise)很有可能会使共模电感饱和的,就是因为这个差模电感的存在,这个问题在两年前刚大学毕业参加工作时,问了很多老工程师关于共模电感的饱和问题,没有人有具体的概念,这样深深的困扰了两年。这几天得到答案,感到技术上的问题还有深究的必要啊。
二:共模电感设计中的信号源与检测仪器的的阻抗以及共模电感的插入损耗之间的联系

下面两张图分别为含有共模电感的系统的Noise equivalent circuit(绝对不是在秀英语,人家就是这样标上去的)。











其中的Zs就是源阻抗Is就是干扰信号了,通常在输入端会有一个X电容,L也就是共模电感中的差模电感。其中的Rload是测试电路的电阻,不懂这个的可以百度一下LISN。下图也就是上面的等效电路。


那么我们就可以推导出插入损耗了其中由于Rload为100欧一般来说是要远远大于Zsdm,关于源阻抗部分,通常又分为整流管导通还是没有导通两个部分,这个方面还是没有太多的了解,通常我们是整流管导通时看后端的阻抗就是电压的平方除以功率。而在整流二极管未导通的时候应该由于串了几个个整流管的寄生电容,不过对于高频的Noise应该也是比较小的。

虽然说在我们在难以得到电源中的输入阻抗,特别是在各种频率中的阻抗,在设计过程中实践的意义不大,但是理解这些东西的设计还是有所帮助的。
对于共模等效电路的分析大多与差模差不多,就不一一列举了。
三:共模电感中的寄生参数的影响以及优化
(差不多该去跑步了,过几天有空了补上)



(这里提一个问题,就是关于上面提到的整流桥在导通与关断之间的阻抗是如何变化的,对系统的稳定性影响)

(关于参考文献:我去淘宝买了30篇的国外关于共模电感的论文,由于想买一本N贵的关于电感的书叫: Power line filter design for switched-mode power supplies

所以有偿提供已经有的关于共模电感的论文。有需要的请联系genanyu@yeah.net)
gxg1122
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LV8
副总工程师
  • 2015-7-6 13:20:07
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受教了
wandy13579
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LV1
本网技工
  • 2016-1-6 12:21:38
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楼主讲的太好了,受教了。
赤bms
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LV3
助理工程师
最新回复
  • 2018-12-9 09:09:32
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楼主,不明白。
楼主想表达1还是2?
1:共模电感的差模分量会饱和,导致工模电感失去作用。输入电流(非noise)是最大的差模电流。电感匝数与磁芯确定时,如果差模不饱和,则要求差模电感感量尽可能小。
2:工模电感的差模分量饱和不会导致共模电感饱和,共模滤波作用任然存在。差模电流在共模分量上是相互抵消,不论多大的差模电流,磁芯都不会饱和。
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