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電源設(shè)計(jì)小貼士 48:解決隔離式開關(guān)的傳導(dǎo)性共模輻射問題之第 2 部分

Robert Kollman,,德州儀器 (TI)
2013-01-07

    在本篇電源設(shè)計(jì)小貼士中,,我們將繼續(xù)討論共模電流問題。如前所述我們可以使用一個機(jī)架電容將共模電流返回至電源,該電容還可以降低噪聲的源阻抗,。然而就我們可以使用的電容大小而言是有一個安全極限的,其決定了共模濾波器的剩余量,。共模電流是由Q1 漏極上的大AC 開關(guān)電壓產(chǎn)生的(請參見1),,其使得電流流經(jīng)雜散電容進(jìn)入機(jī)架接地。機(jī)架電容C1 為其提供了一個在電源中返回而不會流經(jīng)AC 輸入源接地連接的路徑,。共模電感L1 通過在電源機(jī)架和AC 輸入源之間的路徑中添加阻抗來限制共模輻射,。1 MHz時,4700 pF機(jī)架電容的最大容許感抗為 30 Ohms,。為了讓所有開關(guān)產(chǎn)生的電流都進(jìn)入到機(jī)架電容C1,,這一電感需要在高頻率范圍內(nèi)具有高阻抗(數(shù)千歐姆)。

1 高阻抗共模電感(L1) 降低了輻射

    更進(jìn)一步觀察T2,,電感位于熱線和中線組合路徑,,差動電感不再用于降低共模電流。許多設(shè)計(jì)人員都使用 L1漏電感進(jìn)行差動濾波,。由于有了電感連接(如1所示),,在電感中就沒有了凈DC 電流,,這就是說可以使用一個高磁導(dǎo)率無隙磁芯。2 顯示了典型共模電感磁芯材料與頻率之間關(guān)系的相關(guān)磁導(dǎo)率,。就磁導(dǎo)率而言有真實(shí)部分(real part) 也有復(fù)極部分(complex part),。當(dāng)復(fù)極部分與材料損耗相關(guān)時真實(shí)部分就與電感相關(guān)。由于該圖表述為串聯(lián)組件,,因此總體阻抗為二者的矢量和,。這是極具價值的,因?yàn)榧词闺姼械恼鎸?shí)部分在 300 kHz頻率時作用開始衰減并且在高于 1-2 MHz 時無法使用,,阻抗取決于1 MHz 以上時材料的損耗情況并繼續(xù)實(shí)現(xiàn)10 MHz 的高效率,。

2尋找一種具有高磁導(dǎo)率裕量的磁芯材料

    一旦您選定了磁芯材料,接下來的最大挑戰(zhàn)就是如何充分利用磁芯材料的高磁導(dǎo)性(請參見3),,該圖顯示了28 mH 阻抗共模與頻率的關(guān)系,。在低頻率時,該器就像是一個電感器,,但是在高頻率時其更像是一個分布電容,,該電容與電感共振。由于該大電感,,23 pF分布式電容就會影響電感在 200 kHz  以上時的性能,。設(shè)計(jì)一款高性能共模電感的關(guān)鍵就是選擇扇形繞組、單個繞組并精心選擇磁芯最小化繞組的數(shù)量來最小化電容,。有時這些共振是不可避免的并且在較高頻率時需要額外的濾波,。在這些情況下,我們可以再添加一個電感來對較高頻率進(jìn)行濾波,。

3 分布電容降低了共模電感阻抗

    總之,,出于對噪聲的高源阻抗以及安全性考慮,AC 電源的共模濾波包含了若干高阻抗組件以將電容限制在機(jī)架以內(nèi),。由于中間繞組電容的存在,,就高頻率下的高阻抗而言,要想實(shí)現(xiàn)上述功能,,共模電感面臨著很大的挑戰(zhàn),。在選擇磁芯材料時需十分謹(jǐn)慎,材料磁導(dǎo)性裕量必須一直保持在高水平,。此外,必須要對分布式繞組電容進(jìn)行適當(dāng)控制,。一個僅為 30 pF 的分布式電容就可損壞電感的阻抗,。在大多數(shù)情況下,設(shè)計(jì)人員會使用串聯(lián)的兩個電感(每個電感在特定的頻帶內(nèi)均能提供濾波功能)來解決這一問題,。

如欲了解本文的更多詳情,,敬請參閱 2003電源設(shè)計(jì)研討會www.ti.com/2003powerseminar-ca,。

下次,我們將討論如何選擇開關(guān)模式電源中的電容,,敬請期待,。

本文以及其他電源解決方案的詳情,敬請?jiān)L問:http://www.ti.com.cn/lsds/ti_zh/analog/powermanagement/power_portal.page,。

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