Induttori di modo comune, vengono spesso utilizzati negli alimentatori switching dei computer per filtrare i segnali di interferenza elettromagnetica di modo comune. Nella progettazione della scheda, l'induttore di modo comune svolge anche il ruolo di filtro EMI, utilizzato per sopprimere la radiazione verso l'esterno e l'emissione di onde elettromagnetiche generate dalle linee di segnale ad alta velocità.
Essendo un componente importante dei componenti magnetici, gli induttori sono ampiamente utilizzati nei circuiti elettronici di potenza. È una parte indispensabile soprattutto nei circuiti di potenza. Come i relè elettromagnetici nelle apparecchiature di controllo industriale e i contatori di energia elettrica (contatori wattora) nei sistemi di alimentazione. I filtri alle estremità di ingresso e uscita delle apparecchiature di alimentazione a commutazione, i sintonizzatori alle estremità di ricezione e trasmissione della TV, ecc. Sono tutti inseparabili dagli induttori. Le funzioni principali degli induttori nei circuiti elettronici sono: accumulo di energia, filtraggio, induttanza, risonanza, ecc. Nei circuiti di potenza, poiché i circuiti si occupano del trasferimento di energia di grandi correnti o alte tensioni, gli induttori sono per lo più induttori di "tipo di potenza".
Proprio perché l'induttore di potenza è diverso dal piccolo induttore di elaborazione del segnale, la topologia dell'alimentatore switching è diversa durante la progettazione e anche il metodo di progettazione ha i propri requisiti, causando difficoltà di progettazione.Induttorinegli attuali circuiti di alimentazione vengono utilizzati principalmente per il filtraggio, l'accumulo di energia, il trasferimento di energia e la correzione del fattore di potenza. La progettazione degli induttori copre molti aspetti della conoscenza come la teoria elettromagnetica, i materiali magnetici e le norme di sicurezza. I progettisti devono avere una chiara comprensione delle condizioni di lavoro e dei relativi requisiti dei parametri (come corrente, tensione, frequenza, aumento della temperatura, proprietà dei materiali, ecc.) per prendere decisioni. Il design più ragionevole.
Classificazione degli induttori:
Gli induttori possono essere suddivisi in diversi tipi in base all'ambiente applicativo, alla struttura del prodotto, alla forma, all'uso, ecc. Di solito, la progettazione degli induttori inizia con l'uso e l'ambiente applicativo come punto di partenza. Negli alimentatori switching gli induttori possono essere suddivisi in:
Soffocamento in modalità normale
Correzione del fattore di potenza – Induttanza PFC
Induttore accoppiato reticolato (Coupler Choke)
Induttore di livellamento dell'accumulo di energia (Smooth Choke)
Bobina amplificatore magnetico (bobina MAG AMP)
Gli induttori del filtro in modalità comune richiedono che le due bobine abbiano lo stesso valore di induttanza, la stessa impedenza, ecc., quindi questo tipo di induttori adotta design simmetrici e le loro forme sono principalmente TOROID, UU, ET e altre forme.
Come funzionano gli induttori di modo comune:
L'induttore del filtro di modalità comune è anche chiamato bobina di arresto di modalità comune (di seguito denominato induttore di modalità comune o CM.M.Choke) o filtro di linea.
Gli induttori del filtro in modalità comune richiedono che le due bobine abbiano lo stesso valore di induttanza, la stessa impedenza, ecc., quindi questo tipo di induttori adotta design simmetrici e le loro forme sono principalmente TOROID, UU, ET e altre forme.
Come funzionano gli induttori di modo comune:
L'induttore del filtro di modalità comune è anche chiamato bobina di arresto di modalità comune (di seguito denominato induttore di modalità comune o CM.M.Choke) o filtro di linea.
Nelalimentazione elettrica commutabile, a causa dei rapidi cambiamenti della corrente o della tensione nel diodo raddrizzatore, nel condensatore di filtro e nell'induttore, vengono generate fonti di interferenza elettromagnetica (rumore). Allo stesso tempo, nell'alimentatore in ingresso sono presenti anche rumori armonici di ordine elevato diversi dalla frequenza di rete. Se queste interferenze non vengono eliminate, la soppressione causerà danni alle apparecchiature di carico o allo stesso alimentatore switching. Pertanto, gli enti di regolamentazione della sicurezza di diversi paesi hanno emanato norme sulle emissioni di interferenze elettromagnetiche (EMI).
corrispondenti norme di controllo. Al momento, la frequenza di commutazione degli alimentatori a commutazione sta diventando sempre più elevata e le interferenze elettromagnetiche stanno diventando sempre più gravi. Pertanto, i filtri EMI devono essere installati negli alimentatori a commutazione. I filtri EMI devono sopprimere sia il rumore di modo normale che quello di modo comune per soddisfare determinati requisiti. standard. Il filtro in modalità normale è responsabile del filtraggio del segnale di interferenza in modalità differenziale tra le due linee all'estremità di ingresso o di uscita, mentre il filtro in modalità comune è responsabile del filtraggio del segnale di interferenza in modalità comune tra le due linee di ingresso. Gli effettivi induttori di modo comune possono essere suddivisi in tre tipi: AC CM.M.CHOKE; DC CM.M.CHOKE e SIGNAL CM.M.CHOKE a causa dei diversi ambienti di lavoro. Dovrebbero essere distinti durante la progettazione o la selezione. Ma il suo principio di funzionamento è esattamente lo stesso, come mostrato nella Figura (1):
Come mostrato in figura, sullo stesso anello magnetico sono avvolte due serie di bobine con sensi opposti. Secondo la regola del tubo a spirale destrorsa, quando ai terminali di ingresso A e B viene applicata una tensione di modo differenziale con polarità opposta e la stessa ampiezza del segnale, quando , c'è una corrente i2 mostrata nella linea continua e un flusso magnetico Φ2 mostrato nella linea continua è generato nel nucleo magnetico. Finché i due avvolgimenti sono completamente simmetrici, i flussi magnetici nelle due diverse direzioni nel nucleo magnetico si annullano a vicenda. Il flusso magnetico totale è zero, l'induttanza della bobina è quasi zero e non vi è alcun effetto di impedenza sul segnale in modalità normale. Se un segnale di modo comune con la stessa polarità e uguale ampiezza viene applicato ai terminali di ingresso A e B, ci sarà una corrente i1 mostrata dalla linea tratteggiata e un flusso magnetico Φ1 mostrato dalla linea tratteggiata verrà generato nel circuito magnetico. nucleo, allora il flusso magnetico nel nucleo avrà la stessa direzione e si rafforzerà a vicenda, in modo che il valore di induttanza di ciascuna bobina sia doppio di quello di quando esiste da sola, e XL =ωL. Pertanto, la bobina di questo metodo di avvolgimento ha un forte effetto di soppressione delle interferenze di modo comune.
Il filtro EMI effettivo è composto da L e C. Durante la progettazione, i circuiti di soppressione della modalità differenziale e della modalità comune vengono spesso combinati (come mostrato nella Figura 2). Pertanto la progettazione dovrà basarsi sulla dimensione del condensatore di filtro e sulle norme di sicurezza richieste. Gli standard prendono decisioni sui valori degli induttori.
Nella figura, L1, L2 e C1 formano un filtro in modalità normale e L3, C2 e C3 formano un filtro in modalità comune.
Progettazione di induttori di modo comune
Prima di progettare un induttore di modo comune, verificare innanzitutto che la bobina debba rispettare i seguenti principi:
1 > In condizioni di funzionamento normali, il nucleo magnetico non sarà saturato a causa della corrente di alimentazione.
2 > Deve avere un'impedenza sufficientemente grande per i segnali di disturbo ad alta frequenza, una determinata larghezza di banda e un'impedenza minima per la corrente del segnale alla frequenza operativa.
3 >Il coefficiente di temperatura dell'induttore dovrebbe essere piccolo e la capacità distribuita dovrebbe essere piccola.
4>La resistenza CC dovrebbe essere la minima possibile.
5>L'induttanza di induttanza dovrebbe essere la più grande possibile e il valore dell'induttanza deve essere stabile.
6 >L'isolamento tra gli avvolgimenti deve soddisfare i requisiti di sicurezza.
Passaggi di progettazione dell'induttore di modo comune:
Passaggio 0 Acquisizione SPEC: livello consentito EMI, posizione dell'applicazione.
Passaggio 1 Determinare il valore dell'induttanza.
Passaggio 2 Vengono determinati il materiale del nucleo e le specifiche.
Passaggio 3 Determinare il numero di giri di avvolgimento e il diametro del filo.
Passaggio 4 Correzione
Passaggio 5Prova
Esempi di progettazione
Passaggio 0: circuito del filtro EMI come mostrato nella Figura 3
CX = 1,0 Uf Cy = 3300PF Livello EMI: Fcc Classe B
Tipo: induttanza in modalità comune CA
Passaggio 1: determinare l'induttanza (L):
Dallo schema elettrico si può vedere che il segnale di modo comune viene soppresso dal filtro di modo comune composto da L3, C2 e C3. Infatti L3, C2 e C3 formano due circuiti in serie LC, che assorbono rispettivamente il rumore delle linee L e N. Finché viene determinata la frequenza di taglio del circuito del filtro e la capacità C è nota, l'induttanza L può essere ottenuta con la seguente formula.
fo= 1/(2π√LC)L → 1/(2πfo)2C
Solitamente la larghezza di banda del test EMI è la seguente:
Interferenza condotta: 150 KHZ → 30 MHZ (Nota: standard VDE 10 KHZ – 30 M)
Interferenza delle radiazioni: 30MHZ 1GHZ
Il filtro reale non può raggiungere la curva di impedenza ripida del filtro ideale e la frequenza di taglio può solitamente essere impostata a circa 50 KHZ. Qui, assumendo fo = 50KHZ, quindi
L =1/(2πfo)2C = 1/ [( 2*3,14*50000)2 *3300*10-12] = 3,07 mH
L1, L2 e C1 formano un filtro in modalità normale (passa basso). La capacità tra le linee è 1,0 uF, quindi l'induttanza in modalità normale è:
L = 1/ [( 2*3,14*50000)2 *1*10-6] = 10,14uH
In questo modo si può ottenere il valore di induttanza teoricamente richiesto. Se si desidera ottenere una frequenza di taglio fo inferiore è possibile aumentare ulteriormente il valore dell'induttanza. La frequenza di taglio non è generalmente inferiore a 10 KHZ. Teoricamente, maggiore è l'induttanza, migliore è l'effetto di soppressione EMI, ma un'induttanza eccessivamente elevata ridurrà la frequenza di taglio e il filtro effettivo può raggiungere solo una certa banda larga, il che peggiora l'effetto di soppressione del rumore ad alta frequenza (generalmente La componente di rumore dell'alimentatore switching è di circa 5~10MHZ, ma ci sono casi in cui supera i 10MHZ). Inoltre, maggiore è l'induttanza, maggiore è il numero di giri dell'avvolgimento o maggiore è l'ui del CORE, il che farà aumentare l'impedenza a bassa frequenza (il DCR diventa più grande). All'aumentare del numero di spire, aumenta anche la capacità distribuita (come mostrato nella Figura 4), consentendo a tutte le correnti ad alta frequenza di fluire attraverso questa capacità. L'interfaccia utente eccessivamente elevata rende CORE facilmente saturabile ed è anche estremamente difficile e costoso da produrre.
Passaggio 2 Determinare il materiale e la DIMENSIONE del NUCLEO
Dai requisiti di progettazione di cui sopra, possiamo sapere che l'induttore di modo comune deve essere difficile da saturare, quindi è necessario scegliere un materiale con un rapporto angolare BH basso. Poiché è richiesto un valore di induttanza più elevato, anche il valore ui del nucleo magnetico deve essere elevato e deve anche avere. Con una perdita del nucleo inferiore e un valore Bs più elevato, il materiale di ferrite Mn-Zn CORE è attualmente il materiale CORE più adatto che soddisfa i requisiti requisiti di cui sopra.
Non esistono normative certe sulla DIMENSIONE DEL COEE in fase di progettazione. In linea di principio, deve solo soddisfare l'induttanza richiesta e ridurre al minimo le dimensioni del prodotto progettato entro l'intervallo di perdita a bassa frequenza consentito.
Pertanto, il materiale del NUCLEO e l'estrazione della DIMENSIONE devono essere esaminati in base al costo, alla perdita consentita, allo spazio di installazione, ecc. Il valore del NUCLEO comunemente usato degli induttori di modo comune è compreso tra 2000 e 10000. Il nucleo in polvere di ferro ha anche una bassa perdita di ferro, B elevati e bassi Rapporto angolare BH, ma la sua interfaccia utente è bassa, quindi generalmente non viene utilizzato negli induttori in modalità comune, ma questo tipo di nucleo è uno degli induttori in modalità normale. Materiali preferiti.
Passaggio 3 Determinare il numero di spire N e il diametro del filo dw
Innanzitutto determinare le specifiche del CORE. Ad esempio, in questo esempio, T18*10*7, A10, AL = 8230±30%, quindi:
N = √L / AL = √(3,07*106 ) / (8230*70%) = 23 TS
Il diametro del filo si basa sulla densità di corrente di 3 ~ 5 A/mm2. Se lo spazio lo consente, la densità di corrente può essere selezionata la più bassa possibile. Supponendo che la corrente di ingresso I i = 1,2 A in questo esempio, prendi J = 4 A/mm2
Quindi Aw = 1,2 / 4 = 0,3 mm2 Φ0,70 mm
L'effettivo induttore di modo comune deve essere testato tramite campioni reali per confermare l'affidabilità del progetto, poiché le differenze nei processi di produzione porteranno anche a differenze nei parametri dell'induttore e influenzeranno l'effetto di filtraggio. Ad esempio, un aumento della capacità distribuita causerà rumore ad alta frequenza. Più facile da trasmettere. L'asimmetria dei due avvolgimenti aumenta la differenza di induttanza tra i due gruppi, formando una certa impedenza al segnale in modalità normale.
Riassumere
1 >La funzione dell'induttore di modo comune è quella di filtrare il rumore di modo comune nella linea. La progettazione richiede che i due avvolgimenti abbiano una struttura completamente simmetrica e gli stessi parametri elettrici.
2 >La capacità distribuita dell'induttore di modo comune ha un impatto negativo sulla soppressione del rumore ad alta frequenza e dovrebbe essere ridotta al minimo.
3 >Il valore di induttanza dell'induttore di modo comune è correlato alla banda di frequenza del rumore che deve essere filtrata e alla capacità corrispondente. Il valore di induttanza è solitamente compreso tra 2 mH e 50 mH.
Fonte dell'articolo: ristampato da Internet
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Orario di pubblicazione: 28 maggio 2024