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共模电感定制需考虑哪些因素?

11/15 15:27
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在设计电路时,如果现有的共模电感不能满足需求,就需要进行产品定制,以确保共模电感满足电路的抗电磁干扰及结构布局等需求。而定制共模电感时需要结合实际应用场景、性能参数需求等选择合适的材料与产品结构。对于选型工程师来说,明确自己的需求很关键。

01 共模电感的定义

首先我们先弄清楚什么是共模电感。

定义:共模电感 (Common mode Choke),也叫共模扼流圈,是在一个闭合磁环上绕制方向相反、匝数相同的线圈。其共模阻抗很大,对共模干扰具有抑制作用;而差模阻抗很低,对差模信号基本无抑制作用。

原理:根据右手螺旋定则,当有共模电流流过时,上下两组线圈产生相互增强的磁场(图1),使整个线圈呈现高阻状态,衰减干扰信号;当差模电流流过时,产生两个相互抵消的磁场(图2),不影响电流信号流过,故在电路中应用于抑制共模干扰。

图1 当共模电流流过时,磁场相互叠加

图2 当差模电流流过时,磁场相互抵消

02 共模电感的主要分类

共模电感根据应用场景可分为信号线共模扼流圈、电源线共模扼流圈两大类。
以下是科达嘉官网共模电感的标准产品分类及对应产品型号,页面链接如下:https://www.codaca.com.cn/Productsctr_Common-Mode-Choke.html

图3 信号线共模扼流圈

图4 电源线共模扼流圈

参数解读:
以科达嘉CPSQ1515L-203共模电感为例:

表1 CPSQ1515L-203共模电感特性参数

1、电感量(Inductance):在相同的频率和寄生电容条件下,电感值越大,阻抗值越大;
2、阻抗(Impedance):阻抗值越大滤波效果越好,在不同频率下呈现出不同的阻抗值;

图5 共模电感CPSQ1515L-203 阻抗 Vs 频率特性曲线

3、直流电阻(DC Resistance):在直流条件下,电感两端呈现出的电阻,通常越小越好;
4、额定电流(Rated Current):长时间能承载的电流强度;
5、额定电压(Rated Voltage):正常工作的电路电压额定值;
6、耐压值(Hi-pot):绕组与绕组间在一段时间内所能承受的电压值;
7、工作温度范围(Operating Temperature Range):保证元器件能正常工作的温度区间。

03 共模电感定制6大步骤

当标准品不能满足客户需求的时候,就需要进行共模电感的定制。通过上述内容,我们已经弄清楚了共模电感的定义、原理及特性参数,接下来探讨如何给客户定制一款合适的共模电感。

Step 1:明确客户需求
应用场景分析:对共模电感的使用场景进行全面的分析,包括具体应用场合(决定客户需求的产品等级-车规级or工业级)、电路工作电压、电流大小、工作频率等,这些都将直接影响到共模电感的设计和选择。

Step 2:确定共模电感特性参数
电感量:电感量是共模电感的重要性能参数之一,对其应用有着直接影响。需要根据具体应用场景来确定所需的电感量。
滤波电路中共模电感所需要的最小电感值计算公式(忽略寄生电容):

阻抗:共模电感对共模噪声的抑制能力与其阻抗密切相关,需要根据所需的滤波效果来确定合适的阻抗值。

Step 3:选择合适的材料与产品结构
磁芯材料:磁芯是用来增强线圈的导磁能力,使得电感线圈中的磁感应强度增加,从而提高电感器感应电流和电感值,通常选用高磁导率的材料,如高导铁氧体、非晶/纳米晶等,磁芯材料的选择对电感的性能有直接影响,合适的材料选择也会相应缩小产品的体积。
线圈材料:线圈通常由铜线绕制而成,根据所需的电感量和有效电流值,设计选定线圈的匝数和线径。

电感量的计算公式:

​​如上述公式,实现产品小型化,可以考虑如下措施:采用更高磁导率的磁芯,以缩减磁芯体积。

结构设计:根据客户电路板的空间布局情况,合理设计立式/卧式产品结构,选择插件/贴片的封装方式,以确保电感可以正确安装到电路板上。

Step 4:安规标准参照
安规参照IEC 60664-1或客户内部标准。

Step 5:考虑环境因素
使用环境也会对电感的电性能产生影响。在定制共模电感时,需要考虑使用环境,如温度、湿度、冷却方式等,以确保共模电感在实际使用中能够稳定工作。

Step 6:性能测试与优化
定制完成后,需要对共模电感进行性能测试,包括电感量、阻抗等参数的测试。如测试结果不符合要求,需对设计进行优化,直到满足使用需求为止。

04 结语

综上所述,定制一款合适的共模电感需要综合考虑客户的使用需求、材料与结构、性能参数、安规要求、环境因素以及性能测试与优化等多个方面。通过科学的分析和合理设计,才能确保定制出的共模电感能够满足实际应用需求。

科达嘉电子的研发团队拥有丰富的共模电感定制开发经验,可以根据客户不同的应用场景,快速提供与之匹配的产品解决方案,欢迎大家前来咨询了解。

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