滤波器系列(十六):共模电感使用常见问题(一)

文摘   科学   2024-09-14 21:55   广东  
共模电感电气参数离散性问题

共模电感属于磁性器件,磁性器件本身就是温度敏感器件,器件的磁导率受磁芯材质影响也非常明显,磁芯受烧制工艺影响本身也存在一定的偏差,都造成共模电感本身电气参数的离散。

共模电感在使用过程中因电路设计、PCB Layout设计、结构布局设计等原因,还存在两个共模电感本身漏感互感降低差模滤波效果的问题,共模电感的两个线圈感应外部磁场差异产生的差模噪声,共模电感与X电容形成的谐振问题,共模电感因漏感饱和导致其失去滤波功能问题,共模电感本身电气参数离散导致滤波器性能降低问题,共模电感在雷击浪涌电流通过时产生的电压尖峰损坏Y电容等问题。

共模电感电气参数离散问题影响因素

应用于开关电源输入端共模噪声抑制的共模电感,电气参数的离散主要跟磁芯材料的离散性、共模电感的绕线工艺高度相关。
01、磁芯材料离散性的影响
磁芯材料对于共模电感参数离散有着重要的影响,如果磁芯材料选择不合适,会导致共模电感的参数离散性较大,影响磁芯材料性能的主要原因有:磁芯材料本身、磁芯材料的加工工艺。
v磁芯材料的影响
影响磁芯材料性能的因素有很多,主要包括:杂质、温度、晶粒尺寸、应力、矫顽力。
温度:温度增加,原子(或离子)热振动振幅增加,原子平均间距增大(热膨胀),进而能使材料的磁熵问小,导致材料的磁化强度越大。
杂质:杂质会对材料的性能产生负面影响,如铁、镍、钴等金属杂质会使材料失去磁性或者降低磁性。
晶粒尺寸:晶粒尺寸越小,材料的饱和磁化强度越大。
矫顽力:矫顽力是指材料在外加磁场消失后,仍保持一定程度的剩磁能力,矫顽力越大,材料的剩磁能力越强。    
应力:应力会影响材料的晶体结构,从而影响材料的磁性能。
v磁芯加工工艺的影响
磁芯材料的加工过程中,工艺的控制精度对于磁芯的离散性具有重要影响,具体因素包括:工艺参数的控制、设备的稳定性和精度、自动化程度、操作人员的综合素质。
02、绕线工艺的影响
用于开关电源输入端共模噪声抑制的共模电感,很多是采用人工绕线生产,绕线密度、绕线的紧凑度、绕线的对称性都会影响共模电感的参数,也是共模电感电气参数离散性的重要影响因素。
v绕线密度与紧凑度的影响
共模电感线圈之间绕线密度越大,寄生电容越大,如果线圈绕线密度不同,寄生电容则不同;线圈绕线紧凑度同样影响寄生电容,绕线越紧凑寄生电容越大。绕线密度与绕线紧凑度通常受磁芯结构尺寸和绕线圈数相关,绕线如果因磁芯结构尺寸的影响而存在叠绕情况,同样会影响寄生电容参数,而寄生电容是影响共模电感自谐振点与高频滤波特性的重要因素。

图1:共模电感叠绕工艺    

图2:共模电感密绕与梳绕工艺    

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