基于合成扼流圈的開關(guān)電源EMI濾波器設(shè)計(jì)

摘要:為改善傳統(tǒng)EMI濾波器的濾波性能，分析并采用了合成扼流圈來(lái)替代傳統(tǒng)分立扼流圈，并根據(jù)濾波器阻抗失配原理，通過(guò)分析LISN網(wǎng)絡(luò)與噪聲源的阻抗特性，分別對(duì)共差模等效電路進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，提出了基于合成扼流圈的開關(guān)電源EMI濾波器設(shè)計(jì)方法。試驗(yàn)結(jié)果證明，此方法是有效的，并已成功地應(yīng)用在燃料電池轎車用DC/ DC變換器的控制電路板設(shè)計(jì)中。

關(guān)鍵詞:開關(guān)電源;電磁干擾;合成扼流圈;共模電感

由于功率開關(guān)管的高速開關(guān)動(dòng)作，開關(guān)電源會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾(EM I)信號(hào)。為了抑制開關(guān)電源對(duì)外電磁噪聲和外界對(duì)內(nèi)電磁干擾，使得產(chǎn)品能夠滿足相關(guān)EM C標(biāo)準(zhǔn)，有必要在開關(guān)電源輸入線上添加額外的EMI濾波器。尤其對(duì)于車用DC/ DC變換器的控制器來(lái)說(shuō)，周圍電磁環(huán)境相當(dāng)惡劣，所應(yīng)遵循的整車及零部件EMC標(biāo)準(zhǔn)也很嚴(yán)格，因此必須在控制器電源輸入線上添加EMI濾波器，使其滿足相關(guān)EMC標(biāo)準(zhǔn)。

傳統(tǒng)的 EMI濾波器一般由共模電感、差模電感和電容等分立元件組成，元件數(shù)量多，體積大。分立元件較長(zhǎng)的引線造成的分布電感和分布電容對(duì)濾波特性有很大的影響。而共差模合成扼流圈利用兩個(gè)不同特性的磁芯將共模電感和差模電感集成在一起，替代分立的共模電感與差模電感，可以使濾波器尺寸和性能上得到進(jìn)一步的改善[‘{。

1合成扼流圈

1.1傳統(tǒng)扼流圈

共模電感本質(zhì)上是一種匝數(shù)比為i: i的變壓器，只是接入回路的方式不同。圖i為共模電感的電路符號(hào)圖與結(jié)構(gòu)圖，繞組方向以及磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向如圖i所示。

加，由L =u/iI可知共模電感量也相應(yīng)增加。而差模電流經(jīng)過(guò)共模電感時(shí)情況則相反，磁通互相抵消，因此差模電感量很小，兒乎為零。理論上共模電感對(duì)于共模電流表現(xiàn)為高阻抗，對(duì)差模電流表現(xiàn)為零阻抗，主要用來(lái)抑制共模噪聲干擾。共模電感通常采用干擾抑制專用的鐵氧體材料作為磁芯。

差模電感就是單個(gè)電感，差模電感中流過(guò)的工作電流容易使磁通飽和，從而使該電感對(duì)差模噪聲電流呈現(xiàn)不出電感而達(dá)不到濾波效果，因此差模電感的磁芯選擇不易飽和的磁粉芯。

傳統(tǒng)的扼流圈由分立的共模電感與差模電感連接而成，因此其較長(zhǎng)引線造成的分布電感和分布電容對(duì)濾波特性有很大的影響，所以本文采用一種新型合成扼流圈來(lái)替代分立的共模電感與差模電感。

1. 2共差模合成扼流圈

圖2為集成了共模電感與差模電感的合成扼流圈。這種合成扼流圈是在共模磁芯里面再增加了一個(gè)差模磁芯，L線和N線上共差模分別共用一個(gè)繞組，繞組方向以及磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向見圖2}' }。