Inductores de modo comúnSe utilizan a menudo en fuentes de alimentación conmutadas de computadoras para filtrar señales de interferencia electromagnética de modo común. En el diseño de la placa, el inductor de modo común también desempeña el papel de filtrado EMI, que se utiliza para suprimir la radiación exterior y la emisión de ondas electromagnéticas generadas por líneas de señal de alta velocidad.
Como componente importante de los componentes magnéticos, los inductores se utilizan ampliamente en circuitos electrónicos de potencia. Es una pieza indispensable especialmente en circuitos de potencia. Como relés electromagnéticos en equipos de control industrial y medidores de energía eléctrica (medidores de vatios-hora) en sistemas de energía. Los filtros en los extremos de entrada y salida de los equipos de suministro de energía conmutados, los sintonizadores en los extremos de recepción y transmisión de TV, etc., son inseparables de los inductores. Las funciones principales de los inductores en los circuitos electrónicos son: almacenamiento de energía, filtrado, estrangulación, resonancia, etc. En los circuitos de potencia, dado que los circuitos se ocupan de la transferencia de energía de grandes corrientes o altos voltajes, los inductores son en su mayoría inductores de "tipo de potencia".
Precisamente porque el inductor de potencia es diferente del inductor de procesamiento de señales pequeñas, la topología de la fuente de alimentación conmutada es diferente durante el diseño y el método de diseño también tiene sus propios requisitos, lo que genera dificultades de diseño.Inductoresen los circuitos de suministro de energía actuales se utilizan principalmente para filtrado, almacenamiento de energía, transferencia de energía y corrección del factor de potencia. El diseño de inductores cubre muchos aspectos del conocimiento, como la teoría electromagnética, los materiales magnéticos y las normas de seguridad. Los diseñadores deben tener una comprensión clara de las condiciones de trabajo y los requisitos de los parámetros relacionados (como corriente, voltaje, frecuencia, aumento de temperatura, propiedades de los materiales, etc.) para tomar decisiones. El diseño más razonable.
Clasificación de inductores:
Los inductores se pueden dividir en diferentes tipos según su entorno de aplicación, estructura del producto, forma, uso, etc. Por lo general, el diseño de inductores comienza con el entorno de uso y aplicación como punto de partida. En las fuentes de alimentación conmutadas, los inductores se pueden dividir en:
Estrangulador en modo normal
Corrección del factor de potencia – Estrangulador PFC
Inductor acoplado reticulado (estrangulador de acoplador)
Inductor de suavizado de almacenamiento de energía (Smooth Choke)
Bobina amplificadora magnética (bobina MAG AMP)
Los inductores de filtro de modo común requieren que las dos bobinas tengan el mismo valor de inductancia, la misma impedancia, etc., por lo que este tipo de inductores adoptan diseños simétricos y sus formas son en su mayoría TOROIDES, UU, ET y otras formas.
Cómo funcionan los inductores de modo común:
El inductor de filtro de modo común también se denomina bobina de choque de modo común (en lo sucesivo, inductor de modo común o CM.M.Choke) o filtro de línea.
Los inductores de filtro de modo común requieren que las dos bobinas tengan el mismo valor de inductancia, la misma impedancia, etc., por lo que este tipo de inductores adoptan diseños simétricos y sus formas son en su mayoría TOROIDES, UU, ET y otras formas.
Cómo funcionan los inductores de modo común:
El inductor de filtro de modo común también se denomina bobina de choque de modo común (en lo sucesivo, inductor de modo común o CM.M.Choke) o filtro de línea.
En elfuente de alimentación conmutada, debido a los rápidos cambios de corriente o voltaje en el diodo rectificador, el condensador de filtro y el inductor, se generan fuentes de interferencia electromagnética (ruido). Al mismo tiempo, también hay ruidos armónicos de alto orden distintos de la frecuencia de alimentación en la fuente de alimentación de entrada. Si estas interferencias no se eliminan, la supresión causará daños al equipo de carga o a la propia fuente de alimentación conmutada. Por lo tanto, las agencias reguladoras de seguridad en varios países han emitido regulaciones sobre emisiones de interferencias electromagnéticas (EMI).
correspondientes normas de control. En la actualidad, la frecuencia de conmutación de las fuentes de alimentación conmutadas es cada vez más alta y la EMI se está volviendo cada vez más grave. Por lo tanto, se deben instalar filtros EMI en las fuentes de alimentación conmutadas. Los filtros EMI deben suprimir el ruido tanto en modo normal como en modo común para cumplir con ciertos requisitos. estándar. El filtro de modo normal es responsable de filtrar la señal de interferencia de modo diferencial entre las dos líneas en el extremo de entrada o salida, y el filtro de modo común es responsable de filtrar la señal de interferencia de modo común entre las dos líneas de entrada. Los inductores de modo común reales se pueden dividir en tres tipos: AC CM.M.CHOKE; DC CM.M.CHOKE y SIGNAL CM.M.CHOKE debido a diferentes entornos de trabajo. Conviene distinguirlos a la hora de diseñar o seleccionar. Pero su principio de funcionamiento es exactamente el mismo, como se muestra en la Figura (1):
Como se muestra en la figura, dos juegos de bobinas con direcciones opuestas están enrollados en el mismo anillo magnético. De acuerdo con la regla del tubo espiral derecho, cuando se aplica un voltaje en modo diferencial con polaridad opuesta y la misma amplitud de señal a los terminales de entrada A y B, cuando , hay una corriente i2 que se muestra en la línea continua y un flujo magnético Φ2 que se muestra en la línea continua se genera en el núcleo magnético. Mientras los dos devanados sean completamente simétricos, los flujos magnéticos en las dos direcciones diferentes en el núcleo magnético se anulan entre sí. El flujo magnético total es cero, la inductancia de la bobina es casi cero y no hay efecto de impedancia en la señal del modo normal. Si se aplica una señal de modo común con la misma polaridad e igual amplitud a los terminales de entrada A y B, habrá una corriente i1 que se muestra en la línea de puntos, y se generará un flujo magnético Φ1 que se muestra en la línea de puntos en la línea de puntos. núcleo, entonces el flujo magnético en el núcleo tendrán la misma dirección y se fortalecerán entre sí, de modo que el valor de inductancia de cada bobina sea el doble que cuando existe sola, y XL =ωL. Por lo tanto, la bobina de este método de bobinado tiene un fuerte efecto de supresión de la interferencia del modo común.
El filtro EMI real está compuesto por L y C. Al diseñar, los circuitos de supresión de modo diferencial y de modo común a menudo se combinan (como se muestra en la Figura 2). Por lo tanto, el diseño debe basarse en el tamaño del condensador del filtro y las normas de seguridad requeridas. Los estándares toman decisiones sobre los valores de los inductores.
En la figura, L1, L2 y C1 forman un filtro de modo normal, y L3, C2 y C3 forman un filtro de modo común.
Diseño de inductor de modo común
Antes de diseñar un inductor de modo común, primero verifique que la bobina debe cumplir con los siguientes principios:
1 > En condiciones normales de trabajo, el núcleo magnético no se saturará debido a la corriente de alimentación.
2 > Debe tener una impedancia lo suficientemente grande para señales de interferencia de alta frecuencia, un cierto ancho de banda y una impedancia mínima para la corriente de señal en la frecuencia de operación.
3 > El coeficiente de temperatura del inductor debe ser pequeño y la capacitancia distribuida debe ser pequeña.
4>La resistencia CC debe ser lo más pequeña posible.
5> La inductancia de inducción debe ser lo más grande posible y el valor de la inductancia debe ser estable.
6 >El aislamiento entre devanados debe cumplir con los requisitos de seguridad.
Pasos de diseño del inductor de modo común:
Paso 0 Adquisición de especificaciones: nivel permitido de EMI, ubicación de la aplicación.
Paso 1 Determine el valor de la inductancia.
Paso 2 Se determinan el material del núcleo y las especificaciones.
Paso 3 Determine el número de vueltas del devanado y el diámetro del alambre.
Paso 4 Revisión
Paso 5Prueba
Ejemplos de diseño
Paso 0: circuito de filtro EMI como se muestra en la Figura 3
CX = 1,0 Uf Cy = 3300PF Nivel EMI: Fcc Clase B
Tipo: Choque de modo común de CA
Paso 1: Determine la inductancia (L):
Se puede ver en el diagrama del circuito que la señal de modo común es suprimida por el filtro de modo común compuesto por L3, C2 y C3. De hecho, L3, C2 y C3 forman dos circuitos en serie LC, que absorben el ruido de las líneas L y N respectivamente. Siempre que se determine la frecuencia de corte del circuito del filtro y se conozca la capacitancia C, la inductancia L se puede obtener mediante la siguiente fórmula.
fo= 1/(2π√LC)L → 1/(2πfo)2C
Normalmente, el ancho de banda de la prueba EMI es el siguiente:
Interferencia conducida: 150 KHZ → 30 MHZ (Nota: estándar VDE 10 KHZ – 30 M)
Interferencia de radiación: 30MHZ 1GHZ
El filtro real no puede alcanzar la curva de impedancia pronunciada del filtro ideal y la frecuencia de corte generalmente se puede establecer en alrededor de 50 KHZ. Aquí, suponiendo fo = 50 KHZ, entonces
L =1/(2πfo)2C = 1/ [( 2*3,14*50000)2 *3300*10-12] = 3,07mH
L1, L2 y C1 forman un filtro de modo normal (paso bajo). La capacitancia entre líneas es 1.0uF, por lo que la inductancia en modo normal es:
L = 1/ [( 2*3,14*50000)2 *1*10-6] = 10,14uH
De esta manera se puede obtener el valor de inductancia teóricamente necesario. Si desea obtener una frecuencia de corte fo más baja, puede aumentar aún más el valor de la inductancia. La frecuencia de corte generalmente no es inferior a 10 KHZ. Teóricamente, cuanto mayor sea la inductancia, mejor será el efecto de supresión de EMI, pero una inductancia excesivamente alta hará que la frecuencia de corte sea más baja y el filtro real solo puede alcanzar una cierta banda ancha, lo que empeora el efecto de supresión del ruido de alta frecuencia (generalmente El componente de ruido de la fuente de alimentación conmutada es de aproximadamente 5 ~ 10 MHZ, pero hay casos en los que supera los 10 MHZ). Además, cuanto mayor es la inductancia, más vueltas tiene el devanado, o mayor es la ui del CORE, lo que hará que la impedancia de baja frecuencia aumente (el DCR se hace más grande). A medida que aumenta el número de vueltas, la capacitancia distribuida también aumenta (como se muestra en la Figura 4), permitiendo que todas las corrientes de alta frecuencia fluyan a través de esta capacitancia. La interfaz de usuario excesivamente alta hace que CORE se sature fácilmente y también es extremadamente difícil y costoso de producir.
Paso 2 Determinar el material y el TAMAÑO DEL NÚCLEO
A partir de los requisitos de diseño anteriores, podemos saber que el inductor de modo común debe ser difícil de saturar, por lo que es necesario elegir un material con una relación de ángulo BH baja. Debido a que se requiere un valor de inductancia más alto, el valor ui del núcleo magnético también debe ser alto y también debe tener una pérdida de núcleo más baja y un valor de Bs más alto, el material de ferrita de Mn-Zn CORE es actualmente el material de CORE más adecuado que cumple con los requisitos. requisitos anteriores.
No existen ciertas regulaciones sobre el TAMAÑO DEL COEE durante el diseño. En principio, sólo necesita cumplir con la inductancia requerida y minimizar el tamaño del producto diseñado dentro del rango de pérdida de baja frecuencia permitido.
Por lo tanto, el material del NÚCLEO y la extracción del TAMAÑO deben examinarse en función del costo, la pérdida permitida, el espacio de instalación, etc. El valor del NÚCLEO comúnmente utilizado de los inductores de modo común está entre 2000 y 10000. El núcleo de polvo de hierro también tiene baja pérdida de hierro, alto Bs y bajo Relación de ángulo BH, pero su ui es baja, por lo que generalmente no se usa en inductores de modo común, pero este tipo de núcleo es uno de los inductores de modo normal. Materiales preferidos.
Paso 3 Determine el número de vueltas N y el diámetro del alambre dw
Primero determine las especificaciones del CORE. Por ejemplo, en este ejemplo, T18*10*7, A10, AL = 8230±30%, entonces:
N = √L / AL = √(3.07*106 ) / (8230*70%) = 23 ST
El diámetro del cable se basa en la densidad de corriente de 3 ~ 5A/mm2. Si el espacio lo permite, la densidad de corriente se puede seleccionar lo más baja posible. Supongamos que la corriente de entrada I i = 1,2 A en este ejemplo, tome J = 4 A/mm2
Entonces Aw = 1,2 / 4 = 0,3 mm2 Φ0,70 mm
El inductor de modo común real debe probarse mediante muestras reales para confirmar la confiabilidad del diseño, porque las diferencias en los procesos de fabricación también darán lugar a diferencias en los parámetros del inductor y afectarán el efecto de filtrado. Por ejemplo, un aumento de la capacitancia distribuida provocará ruido de alta frecuencia. Más fácil de transmitir. La asimetría de los dos devanados hace que la diferencia de inductancia entre los dos grupos sea mayor, formando una cierta impedancia para la señal en modo normal.
Resumir
1 > La función del inductor de modo común es filtrar el ruido de modo común en la línea. El diseño requiere que los dos devanados tengan una estructura completamente simétrica y los mismos parámetros eléctricos.
2 >La capacitancia distribuida del inductor de modo común tiene un impacto negativo en la supresión del ruido de alta frecuencia y debe minimizarse.
3 > El valor de inductancia del inductor de modo común está relacionado con la banda de frecuencia de ruido que debe filtrarse y la capacitancia correspondiente. El valor de la inductancia suele estar entre 2 mH y 50 mH.
Fuente del artículo: reimpreso de Internet.
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Hora de publicación: 28 de mayo de 2024