亲爱的读者,在过去的几个月里,我一直忙于培训和EMI故障排除工作。我很高兴以新的职位再次来到这里。
这个月我们将看到一个来自真实世界的主题——非常有趣——电子设计师在传导发射问题中工作。
在我几周前参与的一个项目中,一个产品在交流电源线路上传导排放失败。用LISN(线阻抗稳定网络)进行测量,问题与共模发射有关。
电路的设计者试图使用共模扼流圈来减少排放(Y电容器在这种应用中是不可能的)。
他使用了一个低成本(这很重要!),共模扼流圈环形核心。
对于该组件,他有几个样品进行测试,最初,节流器在公司内部的试验中看起来是一个有效的解决方案。让我们命名扼流圈使用CHKA。
有了这个有希望的结果,公司专门准备了一个原型机,准备送往外部实验室(是时候祈祷了!)
但是,在外部实验室,产品又失败了(我想你已经试验过类似的情况),一个典型的问题出现在你的脑海中:“公司的解决方案怎么可能在外部实验室失败?”
与往常一样,这个问题的答案在于发现这两种情况之间的不同之处。
分析这个问题,我发现在外部实验室的原型中使用的扼流圈是一个不同的单元,从原来的原型中焊接。相同的零件号,相同的制造商,相同的样品盒,但是....一个不同的单位,不是在公司使用的扼流圈。让我们把第二个扼流圈命名为CHKB。
在解释失败的原因之前,让我们回顾一下共模阻塞的基础知识。
共模扼流圈是一个耦合电感:两个电感使用相同的核心。注意绕线策略(图1)对于获得共模扼流圈非常重要。
图1所示。差分电流的理想共模扼流圈(左),共模电流(中)和原理图的符号(右)。
对于这种理想的扼流圈,磁芯中的磁通量是由于差分模式电流iDM(图1,左)相互抵消,导致阻抗为零。但由共模电流iCM引起的磁通量(图1中),会累积导致阻抗值很高。这种扼流圈的符号(图1,右)使用两点来指定如何绕组才能获得这种行为。
综上所述,理想的共模扼流圈看起来像差分模信号的简单导线,而它看起来像共模信号的电感。这类扼流圈的优点之一是它们不会被差模电流饱和。
对于耦合电感,耦合系数k可由式1计算:
k = M/√(L1×L2)(式1)
共模和微分模电感可由式2得到:
LDM = 2×(L-M), LCM = (L+M)/2(式2)
其中M是互感,L1, L2是两个电感器的电感量。
考虑电感相等,L1 =L, 100%完美耦合k=1时,互感M从式1中等于电感L (M=L),共模和差模电感从式2中,LDM =0, LCM =L。
由此证实,差分模信号不存在阻抗效应,而共模信号存在一定的阻抗值。
在实际共模扼流圈中,这种消去并不完美。因此,差分模阻抗不为零。这种效应有时被称为“泄漏”。这对于滤波差分模式信号很有用,但在大电流应用中必须检查饱和效应。
让我们回到实验室失败的例子。为了分析这种情况,我用Bode 100网络分析仪(如果您对频率高达50MHz感兴趣,这是一个非常有用的仪器)测量了两个阻塞的响应。
对共模扼流圈进行简化测量,如图2所示:
图2所示。共模扼流圈阻抗的简化测量。
在我们的应用(CHKA)中,测试了工作良好的扼流圈,结果如图03所示:
图3所示。CHKA简单表征。
你可以看到与差分模效应相比,共模效应的阻抗有多大。
对于第二个扼流圈(CHKB),在实验室中失败的那个,我能够看到一个非常微妙的区别:扼流圈的一个线圈少了一个圈(图4)。
图4所示。在我们的例子中使用的扼流圈。
CHKA在L1和L2有14个匝。CHKB L1有14个弯,L2有13个弯。
这是一个非常关键的区别。如果其中一个线圈与另一个线圈不完全相同,共模电感将降低(差的共模滤波),差分电感将增加(也许在大电流应用中,磁芯可以被标称电流饱和)。
这种核心是手动缠绕的,因此人为错误和/或低质量测试可能会导致这种难以发现的问题。
两种节流器的对比如图5所示:
图5所示。比较阻塞CHKA和CHKB。
从测量,它是清楚的多么重要的一个完美的对称两个线圈在扼流圈。在一个线圈中只缺少一个匝,共模阻抗(图5,左)大大降低,例如从A点到B点在相同的特定频率。结果是滤除共模EMI信号的效率较低。
以同样的方式,差模电感从A增加到B(图5,右),具有典型的核心饱和效应。
让我用两个重要的建议来结束这篇文章:1)小心使用低成本/低质量的组件;2)试着在你的实验室里有一个网络分析仪或阻抗分析仪来检查你在设计中使用的组件是如何的。当然,祝你在下一次设计中好运!