9.2 (九) - PFC电感电气性能指标的定义及电路中的作用(2)

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那么第二个要讲的是什么 讲的是电感的阻抗特性 这一点非常的重要 那么后面我会画给大家一个阻抗特性的曲线图 这个阻抗特性,我们一般定义是这样的 定义从 100K 的频率到 30M 的频率 那么当然你可以更高 为什么定到30兆 其实我们这个电感我们大部分关注的它是什么 它是 EMI 的问题 就是说 100K 仪器测试一般从 100K 开始比较多 就是说实际上传导干扰是从 150K 到 30M 的一段 30M 到 300M 是射频干扰 所以说如果是在这一段的话 它阻抗很低 那么也就是说你的电感对这个滤波效果会差一些 就是 EMI 会比较差 所以这个是我们一个非常重要的观察这个曲线的参考 另外一个就是有个最低谐振频率的概念 那么最低谐振频率是什么 就是我们电感曲线 一会我会给大家一个曲线来看 那么这个电感曲线刚开始是一个表现出一个电感量 所以说随着频率的提高 我们的阻抗是什么 是 ωL,2πf 乘上电感量 所以说频率在升高它是线性的往上增长 但是增长到一定程度时候 由于它有电容寄生电容 所以说那个电容频率高了之后 它的阻抗会下降 所以它就会达到一个谐振的一个就是一个串联 首先是一个并联谐振 就是走高到一定程度 然后就会掉下来 所以说这样像这个谐振点 实际上表征什么 表征着我们这个寄生电容的大小 跟原先的电感量 就是我们整体的电感量的关系 所以这个谐振点如果是越往后靠 就是越往频率高的去 那么说明你的电容量越小 所以说这个是非常关注的一个内容 那么细节我们也会看 这个阻抗特性曲线我们再来说明 那么除此之外 就是 DCR DCR 是什么概念呢 就是说我们直流内阻 实际上因为线圈你绕了很多的圈数 那么这个时候你选的线越细 DCR 越大 那么当然了线细了之后 我们同样圈数绕线圈用的长度可能会变短 所以说这个是一个折中的问题 然后还有一个 Q 值 那 Q 这也影响损耗 那往往 Q 值大的 高频损耗都会小 那么如果说你绕线绕的漏磁的旁边气隙旁边 漏出很多磁穿越了我们这个导线 形成涡流 那 Q 值肯定会掉下来 其实这是一个参考 但是我们往往很难用 Q 值来评价 就是说具体我 Q 值一定要大于多少或者小多少 那么为什么,因为 Q 值的测试不一定很准确 它跟我们绕线寄生电容有关系 跟我们的位置有关系 还有跟我们就是测试的时候的一些频率 还有接触电阻都有关系 所以说这 Q 值本身我们一般是拿来作为一个参考 并不拿它作为一个评价依据 还有一点就是我们磁芯损耗和线圈的损耗 这个损耗非常的关键 所以说我们能够正确地 计算出高频的线圈的损耗和直流损耗 这样就计算出我们磁性损耗那么这个是非常的重要 它直接影响到我们的这个发热的问题 那么刚才讲到这个 EMC 的问题 实际上从这个波形能看到 就是我们一般绕的不好的时候 它会出现这种就是电流波形在这个拐角的地方都有振荡 那么拐角的振荡 那么如果做得好的话 这个振荡就非常小 所以这部分 EMI 就非常的好 最好的时候像右边这个图 就是无论是做什么样的那个情况 开关的过程中都没有毛刺 所以说没有毛刺的波形那是属于我们的理想 那么这个是我举的一个例子给大家看 我们有两个电感 这有两个电感 这两个电感都是用铁硅做的 就是左边这个电感是用常规的圆线去绕线 右边是用扁平立绕线绕线 那这两个绕线实际上呢圈数是一模一样的 截面积差不多 那么只是绕法不一样 两个磁芯是一模一样 那么两个磁芯一模一样 这么绕完之后 当然圈数一样 电感量是一模一样的 所以说从这个左边这个电感量和电流的曲线来看 它是基本上是重叠的 没什么离散 从这个图我们也看到 粉芯类的曲线它实际上是一个倾斜的往下线 它没有哪个地方是饱和不饱和 如果要讲饱和 我们从一开始就有饱和 要讲不饱和 那一直你看都是那样 它没有突然一个拐点下去 所以这就是粉芯类的一个曲线的一个特征 右边这是我们特地要讲述的 这是我们一个电感的阻抗曲线 从这个地方看 你看从 100kHz 到 100M 这个频率的范围 这是一个扫描 我们这个用圆线绕的 你会发现它这个阻抗是刚开始是因为电感量一样 所以它一定是一样的 跑跑跑到一定程度它就翘起来了 它先达到这个第一个最低的频率谐振点 因为它是一个并联谐振 所以说它并联谐振理想来讲是无穷大的阻抗 它实际上做不到的 有其他的因素在里头 那么它就会产生一个并联谐振点 这个它并联谐振点就拉得很后面 就是这个地方是一兆左右 这个地方三兆多 所以从这个意义上来讲 这个电容就会小得很多 还有一点不光是这个电容小 就是说它后面频率再高它掉下来了 掉下来这个地方是第一个串联谐振 那又是并联谐振 又是串联谐振 都是这种结构 那么这些掉下来的时候 你会发现它的阻抗都比较高 它没有掉的很低 而这种是掉得非常的低 掉的非常低 那么像这种高频的时候非常低 就意味着什么 高频的信号很容易穿越过去 就是短路过去就是被传导出去 所以说我们实际上理想的话 最好是这么上去之后 纯粹是理想的电感呢它就没有这个拐点 它一直斜着往上跑的 那么这样的地方实际上是不存在 那么我们一般有寄生电容都是往这么翘 那原则上我们希望翘的点越高越好 越跑得远越好 然后下来的时候呢跌得不要太长是吧 跌一丁点然后就回来那是最好的 就这样的电感呢是我们所追求的 那么从我们电流波形来看也能看到 这种绕线的方式 你看这个无论是开通和关闭 这个点都会有很大的毛刺 那这种绕线呢是百分之一百不会有毛刺 那么道理也非常简单 也就是它线和线之间 大家看你是因为既然是你是扁平面的绕线 那你两个平面面积很大 按道理说你电容很大是不是 那其实并不是这样 因为它是旋型结构 它是旋开的 所以说呢这两端距离很远 根本就没有电容 所以说接触面的地方呢它实际上是一个点在接触 所以说呢接触面非常的小 电容也非常小 那么这种情况就不一样了 它线接触而且是往往层数不一样 就是它那个电压施加的也不一样 那么我们讲起这个地方这个毛刺的影响 其实一方面我们是希望尽量控制电容 把电容控制小 那么另外一方面呢我们即便是如果电容小不了 我如果没有电容上没有电压 自然也不会产生充放电 所以说呢实际上是用两个逻辑来控制这个事情的 基本上我们 PFC 电感呢就非常关注这一点 那么讲起 EMI 的问题 我们是这样看 这地方呢是一个示例 就是说上面呢是我们 EMI 的传导范围这个范围 这个是辐射范围 到 300M 然后底下是我用了很多不同的电感 那么做的曲线有各种各样的曲线 那么我们怎么来关注它们的关系呢 因为我们传导这个从 150K 开始 到这个地方就是两百三百四百五百到这 500K 那么如果说我们低频这个几百 K 的地方 这个地方传导干扰呢有超标了 那解决它的办法是什么 然后只好去要么加大这个电感量 因为电感量要加大 这个地方就往下跳是吧 阻抗就大 要么就是把你的滤波器里面的 X 电容加大 那也可以把它滤掉 所以说这一部分呢如果出现问题 一定是靠你的电感量的提升或者是 X 电容加大来解决的 那么到了 500K 以后这个就不一样了 这个地方开始第一个拐点出现了 那这个地方意味着什么 意味这一周围对电容的影响就厉害了就来了 那这个地方也是一样 所以说我们是希望这个点是越往后越好 所以这个点这条曲线肯定没有这条曲线好 这条线它很后面 所以一直在上升 只不过它电量不够了 电感量如果能做这么大这么上去的话 那牛得不得了 所以这部分一直都非常好 其实我们很害怕的是什么 上兆频率这一段 这个地方是一兆两兆三兆 这地方十兆是吧 而且二十三十 那么上兆频率的这个区域呢 实际上都跟我们寄生电容有关系 所以这一点越往后这部分抑制效果越好 所以一旦你发现这一部分 1M 以上这种频率 如果说 EMI 余量不大或者是超标 那我们解决的办法是什么 只好去改善你的绕线 这是第一个 当然还有更重要的 因为你的 EMI 干扰源并不是在这个地方来 它只是起到一个阻抗作用 那么要解决的是什么 就是我们把驱动、把布线、把各方面的振荡把它解决好 那么使这个地方的 EMI 的干扰源不要太多 如果多的话那个阻抗又小 那没办法必须得泄露出去是吧 那么特别是在这个十兆以上的东西 有时候你会发现你加什么它都不管用是吧 X 电容加大也没用 Y 电容加大也没用 什么都加来加去都没用 那么最重要的是 把干扰源从布线、驱动各方面把干扰源控制下来 那么电感这一块当然要提高它阻抗 就是如果说你落到这个地方 那你肯定阻抗低肯定抑制效果不好 那向往这个地方 如果是顶一个顶谷 那这个地方可能一下子就被抑制下来了 所以说这个图呢就是给大家这个这么一个印象 所以所以说当我们拿到一个 PFC 电感的时候 有这么一条曲线 我们就一目了然地知道它的实际 对 EMI 的影响的水平在哪里 所以说往往有时候它绕线一改变 电感量还都一样的 铜线一样 那么这些点都不一样了 所以说尤其这部分离散非常容易出现 所以说这是我们要特别关注的地方 那么一般来讲我们会 比如说我同一批里面取十个电感是吧 那我测出十个曲线来是不是重叠的 如果说十个曲线都在一条曲线重叠 说明它的离散性将来绕制各方面影响非常小 那我只要用这个电感 做完 EMI 是合格的 那么以后生产的时候也应该没什么问题 生产的时候做一些抽检就可以了 如果说不这样 有时候发现这地方是一样的 到后面高频的地方稍微不一样 就离散很大 那你会发现这一个电感放进去 这个地方是没有不超标的 换个地方这地方超标很多 但是你怎么看好像都是一样的 你的供应商也是我绕法都一样 什么都一样什么都没变 所以这个时候呢我们所谓的离散就从这儿来 所以说如果说我们把这个曲线给它测出来 那么这些方面我们就便于我们非常容易地掌握和控制 所以这一点呢我希望大家呢能有这个印象 那么今后呢我们对我们的电感的时候呢 要有一些这方面的指标的把握 这一讲就到这儿 谢谢大家
课程介绍 共计25课时,5小时51秒

PFC电源设计与电感设计计算


讲师

讲师: 邵革良

田村(中国)企业管理有限公司上海研发中心 所长中国电源学会专家委员会 委员中国电源学会磁技术专业委员会 委员中国电源学会磁元件技术服务专家组 副组长中国电源学会标准化委员会 委员深圳市科技专家协会 科技专家深圳市科技创新委员会 专家 20年的一线电源研发的资深经验,先后从事并主持过电机调速变频器、逆变焊机、通信一次电源系统、电力系统直流操作电源系统、CBB波音商用飞机宽带互联网机载电源系统、高效率DC/DC砖块电源、电流传感器、变频空调及光伏逆变器、新能源汽车等各种新型磁元件的众多研发项目。 拥有众多的与国际一流研发团队的合作经验,并精通于电源和磁元件产品的可靠性研发管理和实践。特别是在新能源磁元件领域,通过大量的原创性技术创新和行业应用推广,引导着世界功率磁元件的技术变革。 其中完成电源及磁技术等领域多国专利申请40余项,并已取得7项国家发明专利受权。

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