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分析共模电感和差模电感寄生电容抵消的方法_电感_绕组

南宫静远 2024-11-25 09:01:17 0

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首先考虑寄生电容时差模电感的等效电路模型

将上图解耦可得:

分析共模电感和差模电感寄生电容抵消的方法_电感_绕组 智能

考虑EPC和-CN/2的大小,绕组间的等效电容可正可负,当然也能相互抵消,如果不能相互抵消,那么电感阻抗最小即谐振频率发生在如下条件下:

如果差模电感利用共模电感的漏感充当,因两个漏感之间不存在耦合,也可以用图5.b中的等效电路表示(文章中说两个绕组必须是单位耦合系数才可以,但是单位耦合系数漏感不便是0了吗?)。

共模电感的等效电路模型如下图所示:

如何抵消寄生电容的影响?

差模电感的寄生电容抵消

如果考虑差模电感两个绕组是完备对称的,即没有绕组间的寄生电容,那么差模电感表示成二端口网络则为:

由于差模电感是要抑制高频噪声,因此随频率增加的部分jwEPC该当被抵消散落才能不让寄生参数对差模电感的滤波效果产生影响。
下图所示的网络便是所须要的,其二端口Y参数为下式,如果将两个二端口并联可以得到抵消EPC的网络构造,图如9所示,网络方程如式7所示。
可以看出,加入两个交错的电容网络后,不仅抵消了不想要的电容,而且还等效增加了两个差模电容,形成了Π型滤波的构造。

如果考虑绕组间的寄生电容CN,那么根据EPC与CN/2的关系须要利用不同的抵消构造,如图10所示。
由于当采取CM漏感充当差模电感时,图5.b也可以表示,以是此时的EPC抵消情形与图10类似。

共模电感的寄生电容抵消

如果电源地线上许可接入电感,那么可以采取如下构造,这样事理和差模电感的抵消事理基本相同。

如果电源地线上不许可接地线,就须要在共模电感两个绕组中间接出一个抽头,如下所示,右侧文献有剖析[1]。

如果C1=4EPC,那么电路就等效为一个Π型滤波器而不存在EPC,如图12.c。
这种方法适用于耦合系数特殊高的场合,如平面变压器(耦合系数能达到0.9999),而普通的绕线电感耦合系数没有那么高,一样平常小于0.999。
以是绕线共模电感的漏感就会与引入的电容产生谐振,使得共模电感的表现比没有抵消EPC前的效果更差[2]。
以是采取这种方法,共模电感的耦合系数就很关键。

差模电感实验

1.差模电感的实验验证,采取Kool Mu磁芯绕制电感,且采取两个磁芯,即两个电感分开绕制,两个电感之间没有耦合,两个电感量分别为42.34uH,42.44uH,单个绕组内的寄生电容EPC分别为10.3pF和10.1pF。
采取图9所示的方法可以得到抵消前后差模电感的电压增益随频率的变革曲线。
EPC抵消后的电感对高频噪声的衰减更大,如图14所示。

2.采取一个Kool Mu磁芯,即耦合的差模电感做实验,个中一个绕组电感为20uH,单个绕组内的寄生电容EPC=2.2pF,绕组间的寄生电容为14.8pF(丈量电感的插入电压增益通过式2打算得到),CN/2>EPC。
以是总的绕组电容为负值,-5.2pF,为了抵消它,须要并联一个5.2pF的电容,如图10.b。
抵消效果如下图,采取4pF未完备抵消的效果不如完备抵消的效果好。
下图中没有EPC抵消的曲线达到最小增益的频率即为式2中的频率。

共模电感实验

电感构造和绕制办法如下图所示,单边绕组的电感量为2.7mH,EPC=5.8pF,两个半个绕组间的漏感为4.24uH(K=0.994,没搞明白怎么打算出来的)。
以是抵消电容该当选择24pF,丈量结果如下图:

创造从1.25~18.5MHz,电感的性能变好,但是18.5MHz~30MHz却变差了,就像前面剖析的那样,抵消电容与共模电感的漏感发生谐振,谐振频率如下,与剖析是吻合的。
所以为了确保抵消效果,共模电感的漏感(指的是单边绕组的两个绕组之间的漏感)必须做小。

为了增加耦合系数,采取下图绕法,共模电感的两个绕组还是分开绕制,但是绕组的中央抽头的接法变了,相称于半个绕组绕完之后,其余半个再从头开始绕,从而提高两个半个绕组的耦合系数,这样漏感能量值储存在两匝间的气隙中,耦合系数从0.994升高至0.99995。
通过丈量,个中一个绕组的电感为2.65mH,EPC=10.1pF,两个半个绕组间的漏感为33nH,抵消电容选择40pF。
只管比较于前者耦合电容增加了,但是漏感显著减小。
丈量下来的结果如下图所示。
抵消后电感的性能显著提升,

这种绕制方法也能用在差模电感身上(考虑到CN的存在),但是即便利用原来的方法,其谐振频率一样平常会大于30MHz,以是这种改进的效果也没有那么明显了。

就单独的滤波器测试结果,采取文章中提出的方法前后的滤波器性能如下图:

上述方法也可以用在其他场合,比如含有两个PFC电感的场合,两个相同的boost电感在不同的功率线上,以是图9的方法可以肃清电感的绕组电容,这样高频的共模噪声能够减小[3];同时还能运用于抵消变压器的的差模绕组间的电容。

由于上面的测试都是基于小旗子暗记勉励和50Ω负载和源阻抗的的条件下测试的,以是须要其在实际引用中,含有直流偏置的条件下的表现(一样平常可认为直流偏置不影响高频噪声的路径,由于高频噪声路径可以通过寄生电容流利[4])。
在反激变换器中,上面谈论的两种差模电感和共模电感均在变换器中得到验证,实际效果可以看出,文中采取的方案能够显著减小变换器高频的共模/差模噪声。

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