ข่าว - ตัวเหนี่ยวนำโหมดทั่วไปของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งทำงานอย่างไร

ตัวเหนี่ยวนำโหมดทั่วไปมักใช้ในอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่งของคอมพิวเตอร์เพื่อกรองสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าโหมดทั่วไป ในการออกแบบบอร์ด ตัวเหนี่ยวนำโหมดทั่วไปยังมีบทบาทในการกรอง EMI ซึ่งใช้ในการปราบปรามการแผ่รังสีภายนอกและการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากสายสัญญาณความเร็วสูง

เนื่องจากเป็นส่วนประกอบสำคัญของส่วนประกอบแม่เหล็ก ตัวเหนี่ยวนำจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรอิเล็กทรอนิกส์กำลัง เป็นส่วนที่ขาดไม่ได้โดยเฉพาะในวงจรไฟฟ้า เช่นรีเลย์แม่เหล็กไฟฟ้าในอุปกรณ์ควบคุมอุตสาหกรรมและมิเตอร์วัดกำลังไฟฟ้า (เมตรวัตต์-ชั่วโมง) ในระบบไฟฟ้า ตัวกรองที่ปลายอินพุตและเอาต์พุตของอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง จูนเนอร์ที่ปลายรับและส่งสัญญาณทีวี ฯลฯ ล้วนแยกออกจากตัวเหนี่ยวนำไม่ได้ หน้าที่หลักของตัวเหนี่ยวนำในวงจรอิเล็กทรอนิกส์คือ: การจัดเก็บพลังงาน การกรอง การสำลัก เสียงสะท้อน ฯลฯ ในวงจรไฟฟ้า เนื่องจากวงจรจัดการกับการถ่ายโอนพลังงานของกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่หรือไฟฟ้าแรงสูง ตัวเหนี่ยวนำส่วนใหญ่เป็นตัวเหนี่ยวนำ "ประเภทกำลัง"

เนื่องจากตัวเหนี่ยวนำกำลังแตกต่างจากตัวเหนี่ยวนำการประมวลผลสัญญาณขนาดเล็ก โทโพโลยีของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งจึงแตกต่างกันในระหว่างการออกแบบ และวิธีการออกแบบก็มีข้อกำหนดของตัวเองเช่นกัน ทำให้เกิดปัญหาในการออกแบบตัวเหนี่ยวนำในวงจรจ่ายไฟปัจจุบันส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการกรอง การจัดเก็บพลังงาน การถ่ายโอนพลังงาน และการแก้ไขตัวประกอบกำลัง การออกแบบตัวเหนี่ยวนำครอบคลุมความรู้หลายด้าน เช่น ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า วัสดุแม่เหล็ก และกฎระเบียบด้านความปลอดภัย นักออกแบบจำเป็นต้องมีความเข้าใจที่ชัดเจนเกี่ยวกับสภาพการทำงานและข้อกำหนดพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้อง (เช่น กระแส แรงดันไฟฟ้า ความถี่ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น คุณสมบัติของวัสดุ ฯลฯ) เพื่อตัดสินใจ การออกแบบที่สมเหตุสมผลที่สุด
การจำแนกประเภทของตัวเหนี่ยวนำ:
ตัวเหนี่ยวนำสามารถแบ่งออกเป็นประเภทต่างๆ ตามสภาพแวดล้อมการใช้งาน โครงสร้างผลิตภัณฑ์ รูปร่าง การใช้งาน ฯลฯ โดยปกติแล้ว การออกแบบตัวเหนี่ยวนำจะเริ่มต้นด้วยการใช้งานและสภาพแวดล้อมการใช้งานเป็นจุดเริ่มต้น ในการเปลี่ยนแหล่งจ่ายไฟ ตัวเหนี่ยวนำสามารถแบ่งออกเป็น:

โช้คโหมดทั่วไป

โช้คโหมดปกติ

การแก้ไขตัวประกอบกำลัง – PFC Choke

ตัวเหนี่ยวนำคู่แบบครอสลิงค์ (Coupler Choke)

ตัวเหนี่ยวนำการปรับเรียบการจัดเก็บพลังงาน (Smooth Choke)

คอยล์ขยายเสียงแบบแม่เหล็ก (MAG AMP Coil)

ตัวเหนี่ยวนำตัวกรองโหมดทั่วไปต้องการให้ขดลวดทั้งสองมีค่าตัวเหนี่ยวนำเท่ากัน มีความต้านทานเท่ากัน ฯลฯ ดังนั้นตัวเหนี่ยวนำประเภทนี้จึงใช้การออกแบบที่สมมาตร และรูปร่างของพวกมันส่วนใหญ่เป็น TOROID, UU, ET และรูปทรงอื่นๆ
ตัวเหนี่ยวนำโหมดทั่วไปทำงานอย่างไร:
ตัวเหนี่ยวนำตัวกรองโหมดทั่วไปเรียกอีกอย่างว่าคอยล์โช้คโหมดทั่วไป (ต่อไปนี้จะเรียกว่าตัวเหนี่ยวนำโหมดทั่วไปหรือ CM.M.Choke) หรือตัวกรองบรรทัด

ในแหล่งจ่ายไฟสลับเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของกระแสหรือแรงดันไฟฟ้าในไดโอดเรียงกระแส ตัวเก็บประจุตัวกรอง และตัวเหนี่ยวนำ แหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (สัญญาณรบกวน) จึงถูกสร้างขึ้น ในเวลาเดียวกัน ยังมีสัญญาณรบกวนฮาร์มอนิกระดับสูงนอกเหนือจากความถี่กำลังในแหล่งจ่ายไฟอินพุตอีกด้วย หากการรบกวนเหล่านี้ไม่ถูกกำจัด การระงับจะทำให้อุปกรณ์โหลดหรือตัวจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งเสียหาย ดังนั้นหน่วยงานกำกับดูแลด้านความปลอดภัยในหลายประเทศจึงได้ออกกฎระเบียบเกี่ยวกับการปล่อยคลื่นรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI)

กฎเกณฑ์การควบคุมที่เกี่ยวข้อง ปัจจุบัน ความถี่ในการเปลี่ยนอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่งกำลังสูงขึ้น และ EMI เริ่มรุนแรงมากขึ้น ดังนั้นจึงต้องติดตั้งตัวกรอง EMI ในอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง ตัวกรอง EMI จะต้องระงับสัญญาณรบกวนทั้งในโหมดปกติและโหมดทั่วไปเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดบางประการ มาตรฐาน. ตัวกรองโหมดปกติมีหน้าที่ในการกรองสัญญาณรบกวนโหมดดิฟเฟอเรนเชียลระหว่างสองบรรทัดที่ปลายอินพุตหรือเอาต์พุต และตัวกรองโหมดทั่วไปมีหน้าที่กรองสัญญาณรบกวนโหมดทั่วไประหว่างสองบรรทัดอินพุต ตัวเหนี่ยวนำโหมดทั่วไปที่แท้จริงสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท: AC CM.M.CHOKE; DC CM.M.CHOKE และ SIGNAL CM.M.CHOKE เนื่องจากสภาพแวดล้อมการทำงานที่แตกต่างกัน ควรแยกแยะเมื่อออกแบบหรือเลือก แต่หลักการทำงานของมันเหมือนกันทุกประการ ดังแสดงในรูปที่ (1):

ดังที่แสดงในภาพ ขดลวดสองชุดที่มีทิศทางตรงกันข้ามจะถูกพันบนวงแหวนแม่เหล็กอันเดียวกัน ตามกฎของท่อเกลียวขวา เมื่อแรงดันไฟฟ้าโหมดดิฟเฟอเรนเชียลที่มีขั้วตรงข้ามและแอมพลิจูดของสัญญาณเท่ากันถูกนำไปใช้กับขั้วอินพุต A และ B เมื่อ มีกระแส i2 แสดงในเส้นทึบ และฟลักซ์แม่เหล็ก Φ2ที่แสดงในเส้นทึบจะถูกสร้างขึ้นในแกนแม่เหล็ก ตราบใดที่ขดลวดทั้งสองมีความสมมาตรอย่างสมบูรณ์ ฟลักซ์แม่เหล็กในสองทิศทางที่แตกต่างกันในแกนแม่เหล็กจะหักล้างกัน ฟลักซ์แม่เหล็กทั้งหมดเป็นศูนย์ ความเหนี่ยวนำของขดลวดเกือบเป็นศูนย์ และไม่มีผลกระทบต่อความต้านทานต่อสัญญาณโหมดปกติ หากใช้สัญญาณโหมดทั่วไปที่มีขั้วเดียวกันและแอมพลิจูดเท่ากันกับขั้วต่ออินพุต A และ B จะมีกระแส i1 แสดงเป็นเส้นประ และฟลักซ์แม่เหล็ก Φ1 แสดงโดยเส้นประจะถูกสร้างขึ้นในสนามแม่เหล็ก แกนกลาง จากนั้นฟลักซ์แม่เหล็กในแกนกลางจะมีทิศทางเดียวกันและเสริมกำลังซึ่งกันและกัน เพื่อให้ค่าความเหนี่ยวนำของแต่ละขดลวดเป็นสองเท่าของค่าขดลวดที่มีอยู่เพียงอย่างเดียว และ XL =ωL ดังนั้นขดลวดของวิธีการม้วนนี้จึงมีผลในการปราบปรามอย่างรุนแรงต่อการรบกวนโหมดทั่วไป

ตัวกรอง EMI จริงประกอบด้วย L และ C เมื่อออกแบบ มักจะรวมโหมดดิฟเฟอเรนเชียลและวงจรปราบปรามโหมดทั่วไปเข้าด้วยกัน (ดังแสดงในรูปที่ 2) ดังนั้นการออกแบบจึงต้องขึ้นอยู่กับขนาดของตัวเก็บประจุตัวกรองและข้อกำหนดด้านความปลอดภัยที่กำหนด มาตรฐานตัดสินใจเกี่ยวกับค่าตัวเหนี่ยวนำ
ในรูป L1, L2 และ C1 สร้างตัวกรองโหมดปกติ และ L3, C2 และ C3 สร้างตัวกรองโหมดทั่วไป

การออกแบบตัวเหนี่ยวนำโหมดร่วม
ก่อนที่จะออกแบบตัวเหนี่ยวนำโหมดร่วม ให้ตรวจสอบก่อนว่าขดลวดต้องเป็นไปตามหลักการต่อไปนี้:

1 > ภายใต้สภาวะการทำงานปกติ แกนแม่เหล็กจะไม่อิ่มตัวเนื่องจากกระแสไฟของแหล่งจ่ายไฟ

2 > ต้องมีอิมพีแดนซ์ที่ใหญ่เพียงพอสำหรับสัญญาณรบกวนความถี่สูง แบนด์วิธที่แน่นอน และอิมพีแดนซ์ขั้นต่ำสำหรับกระแสสัญญาณที่ความถี่ในการทำงาน

3 > ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของตัวเหนี่ยวนำควรมีขนาดเล็ก และความจุแบบกระจายควรมีขนาดเล็ก

4>ความต้านทาน DC ควรมีค่าน้อยที่สุด

5> ตัวเหนี่ยวนำควรมีขนาดใหญ่ที่สุดและค่าตัวเหนี่ยวนำจะต้องมีเสถียรภาพ

6 > ฉนวนระหว่างขดลวดต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัย

ขั้นตอนการออกแบบตัวเหนี่ยวนำโหมดทั่วไป:

ขั้นตอนที่ 0 การได้มาซึ่ง SPEC: ระดับที่อนุญาตของ EMI, ตำแหน่งแอปพลิเคชัน

ขั้นตอนที่ 1 กำหนดค่าตัวเหนี่ยวนำ

ขั้นตอนที่ 2 มีการกำหนดวัสดุหลักและข้อกำหนด

ขั้นตอนที่ 3 กำหนดจำนวนรอบของขดลวดและเส้นผ่านศูนย์กลางของสายไฟ

ขั้นตอนที่ 4 การพิสูจน์อักษร

ขั้นตอนที่ 5 ทดสอบ

ตัวอย่างการออกแบบ
ขั้นตอนที่ 0: วงจรกรอง EMI ดังแสดงในรูปที่ 3

CX = 1.0 Uf Cy = 3300PF ระดับ EMI: Fcc คลาส B

ประเภท: Ac โหมดร่วม Choke

ขั้นตอนที่ 1: กำหนดความเหนี่ยวนำ (L):

จะเห็นได้จากแผนภาพวงจรว่าสัญญาณโหมดร่วมถูกระงับโดยตัวกรองโหมดร่วมที่ประกอบด้วย L3, C2 และ C3 ในความเป็นจริง L3, C2 และ C3 สร้างวงจรซีรีย์ LC สองวงจร ซึ่งดูดซับสัญญาณรบกวนของเส้น L และ N ตามลำดับ ตราบใดที่ความถี่คัตออฟของวงจรตัวกรองถูกกำหนดและทราบความจุ C สามารถรับตัวเหนี่ยวนำ L ได้จากสูตรต่อไปนี้

สำหรับ= 1/(2π√LC)L → 1/(2πfo)2C

โดยปกติแบนด์วิธทดสอบ EMI จะเป็นดังนี้:

การรบกวนที่เกิดขึ้น: 150KHZ → 30MHZ (หมายเหตุ: มาตรฐาน VDE 10KHZ – 30M)

การรบกวนจากรังสี: 30MHZ 1GHZ

ตัวกรองจริงไม่สามารถบรรลุเส้นโค้งอิมพีแดนซ์ที่สูงชันของตัวกรองในอุดมคติได้ และความถี่ตัดมักจะสามารถตั้งค่าไว้ที่ประมาณ 50KHZ ที่นี่สมมติว่า fo = 50KHZ แล้ว

ยาว =1/(2πfo)2C = 1/ [( 2*3.14*50000)2 *3300*10-12] = 3.07mH

L1, L2 และ C1 สร้างตัวกรองโหมดปกติ (ผ่านความถี่ต่ำ) ความจุระหว่างบรรทัดคือ 1.0uF ดังนั้นการเหนี่ยวนำโหมดปกติคือ:

ยาว = 1/ [( 2*3.14*50000)2 *1*10-6] = 10.14uH

ด้วยวิธีนี้จึงสามารถรับค่าตัวเหนี่ยวนำที่ต้องการตามทฤษฎีได้ หากคุณต้องการได้รับความถี่ตัดที่ต่ำลง คุณสามารถเพิ่มค่าตัวเหนี่ยวนำเพิ่มเติมได้ ความถี่ตัดโดยทั่วไปไม่ต่ำกว่า 10KHZ ตามทฤษฎี ยิ่งการเหนี่ยวนำสูงเท่าใด ผลการปราบปราม EMI ก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น แต่การเหนี่ยวนำที่สูงเกินไปจะทำให้ความถี่ตัดต่ำลง และตัวกรองจริงสามารถทำได้เฉพาะบรอดแบนด์บางประเภทเท่านั้น ซึ่งทำให้ผลการปราบปรามของสัญญาณรบกวนความถี่สูงแย่ลง (โดยทั่วไป ส่วนประกอบเสียงรบกวนของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งอยู่ที่ประมาณ 5 ~ 10MHZ แต่มีบางกรณีที่เกิน 10MHZ) นอกจากนี้ ยิ่งค่าความเหนี่ยวนำสูง ขดลวดก็จะยิ่งมีการหมุนมากขึ้น หรือค่า UI ของ CORE ยิ่งสูง ซึ่งจะทำให้อิมพีแดนซ์ความถี่ต่ำเพิ่มขึ้น (DCR จะมีขนาดใหญ่ขึ้น) เมื่อจำนวนรอบเพิ่มขึ้น ความจุแบบกระจายก็จะเพิ่มขึ้นด้วย (ดังแสดงในรูปที่ 4) ทำให้กระแสความถี่สูงทั้งหมดไหลผ่านความจุนี้ UI ที่สูงเกินไปทำให้ CORE อิ่มตัวได้ง่าย และยังผลิตได้ยากและมีค่าใช้จ่ายสูงอีกด้วย
ขั้นตอนที่ 2 กำหนดวัสดุ CORE และขนาด

จากข้อกำหนดการออกแบบข้างต้น เราสามารถรู้ได้ว่าตัวเหนี่ยวนำโหมดทั่วไปจำเป็นต้องทำให้อิ่มตัวได้ยาก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเลือกวัสดุที่มีอัตราส่วนมุม BH ต่ำ เนื่องจากต้องการค่าตัวเหนี่ยวนำที่สูงกว่า ค่า UI ของแกนแม่เหล็กจึงต้องสูงและต้องมีด้วย ด้วยการสูญเสียแกนที่ต่ำกว่าและค่า Bs ที่สูงขึ้น วัสดุเฟอร์ไรต์ Mn-Zn CORE จึงเป็นวัสดุ CORE ที่เหมาะสมที่สุดที่ตรงตาม เหนือข้อกำหนด

ไม่มีข้อบังคับบางประการเกี่ยวกับ COEE SIZE ในระหว่างการออกแบบ โดยหลักการแล้ว จะต้องเป็นไปตามค่าความเหนี่ยวนำที่ต้องการเท่านั้น และลดขนาดของผลิตภัณฑ์ที่ออกแบบให้เหลือน้อยที่สุดภายในช่วงการสูญเสียความถี่ต่ำที่อนุญาต

ดังนั้น ควรตรวจสอบวัสดุ CORE และการสกัด SIZE โดยอิงจากต้นทุน การสูญเสียที่อนุญาต พื้นที่การติดตั้ง ฯลฯ ค่า CORE ที่ใช้กันทั่วไปของตัวเหนี่ยวนำโหมดทั่วไปอยู่ระหว่าง 2000 ถึง 10,000 Iron Powder Core ยังมีการสูญเสียธาตุเหล็กต่ำ Bs สูงและต่ำ อัตราส่วนมุม BH แต่ UI ของมันต่ำ ดังนั้นจึงโดยทั่วไปไม่ได้ใช้ในตัวเหนี่ยวนำโหมดทั่วไป แต่แกนประเภทนี้เป็นหนึ่งในตัวเหนี่ยวนำโหมดปกติ วัสดุที่ต้องการ

ขั้นตอนที่ 3 กำหนดจำนวนรอบ N และเส้นผ่านศูนย์กลางลวด dw

ขั้นแรกให้กำหนดข้อกำหนดของ CORE ตัวอย่างเช่น ในตัวอย่างนี้ T18*10*7, A10, AL = 8230±30% จากนั้น:

ไม่มี = √L / AL = √(3.07*106 ) / (8230*70%) = 23 TS

เส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นลวดขึ้นอยู่กับความหนาแน่นกระแส 3 ~ 5A/mm2 หากมีพื้นที่ว่างเพียงพอ ก็สามารถเลือกความหนาแน่นกระแสให้ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ สมมติว่ากระแสอินพุต I i = 1.2A ในตัวอย่างนี้ ใช้ J = 4 A/mm2

จากนั้น Aw = 1.2 / 4 = 0.3 mm2 Φ0.70มม

ตัวเหนี่ยวนำโหมดร่วมจริงจะต้องได้รับการทดสอบผ่านตัวอย่างจริงเพื่อยืนยันความน่าเชื่อถือของการออกแบบ เนื่องจากความแตกต่างในกระบวนการผลิตจะนำไปสู่ความแตกต่างในพารามิเตอร์ตัวเหนี่ยวนำและส่งผลต่อผลการกรอง ตัวอย่างเช่น การเพิ่มความจุแบบกระจายจะทำให้เกิดสัญญาณรบกวนความถี่สูง ถ่ายทอดได้ง่ายกว่า. ความไม่สมมาตรของขดลวดทั้งสองทำให้ความเหนี่ยวนำระหว่างทั้งสองกลุ่มมีความแตกต่างกันมากขึ้น ทำให้เกิดอิมพีแดนซ์ที่แน่นอนกับสัญญาณโหมดปกติ

สรุป
1 > ฟังก์ชั่นของตัวเหนี่ยวนำโหมดทั่วไปคือการกรองสัญญาณรบกวนโหมดทั่วไปในสาย การออกแบบต้องการให้ขดลวดทั้งสองมีโครงสร้างสมมาตรอย่างสมบูรณ์และมีพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าเหมือนกัน

2 >ความจุแบบกระจายของตัวเหนี่ยวนำโหมดทั่วไปมีผลกระทบเชิงลบต่อการระงับสัญญาณรบกวนความถี่สูง และควรถูกย่อให้เล็กสุด

3 > ค่าตัวเหนี่ยวนำของตัวเหนี่ยวนำโหมดทั่วไปสัมพันธ์กับย่านความถี่เสียงที่ต้องกรองและความจุที่ตรงกัน ค่าตัวเหนี่ยวนำมักจะอยู่ระหว่าง 2mH ~50 mH

แหล่งที่มาของบทความ: พิมพ์ซ้ำจากอินเทอร์เน็ต

Xuange ก่อตั้งขึ้นในปี พ.ศ. 2552 โดยหม้อแปลงความถี่สูงและต่ำ, ตัวเหนี่ยวนำและแหล่งจ่ายไฟ LED ไดรฟ์ผลิตถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในแหล่งจ่ายไฟสำหรับผู้บริโภค, แหล่งจ่ายไฟอุตสาหกรรม, แหล่งจ่ายไฟพลังงานใหม่, แหล่งจ่ายไฟ LED และอุตสาหกรรมอื่น ๆ
Xuange Electronics มีชื่อเสียงที่ดีในตลาดภายในประเทศและต่างประเทศ และเรายอมรับคำสั่งซื้อ OEM และ ODMไม่ว่าคุณจะเลือกผลิตภัณฑ์มาตรฐานจากแค็ตตาล็อกของเราหรือขอความช่วยเหลือในการปรับแต่ง โปรดอย่าลังเลที่จะหารือเกี่ยวกับความต้องการในการซื้อของคุณกับ Xuange

https://www.xgelelectronics.com/products/

วิลเลียม (ผู้จัดการฝ่ายขายทั่วไป)

186 8873 0868 (แอพอะไร/เราแชท)

อีเมล:sales@xuangedz.com

liwei202305@gmail.com

(ผู้จัดการฝ่ายขาย)

186 6585 0415 (แอพอะไร/เราแชท)

E-Mail: sales01@xuangedz.com

(ผู้จัดการฝ่ายการตลาด)

153 6133 2249 (แอพอะไร/เราแชท)

E-Mail: sales02@xuangedz.com

เวลาโพสต์: May-28-2024