（接上期）

　　5.7.4 差模扼流圈

　　在高性能EMI滤波器，为了提高差模噪声的抑制性能，往往采取差模扼流圈与CX电容组成L、T、π等滤波电路。差模扼流圈与共模扼流圈的区别在于差模扼流圈与负载直接串联，它采用单个绕组结构绕制而不像共模扼流圈那样在一个磁芯上采用二个相同绕组的结构。因此，当通过差模扼流圈的电流过大时，会产生磁饱和现象，电感量随之逐渐下降，下降的速度取决软磁材料的B(H)和μ(H)特性曲线。

　　为了避免差模磁芯因饱和失去滤波作用，所以磁材的选择尤为重要。目前大多采用复合磁粉芯，它是将金属软磁粉末经过绝缘包裹后，压制退火而成，相当于把集中的气隙分散成微小的孔穴后，均匀地分分布在磁芯中，不但材料的抗饱和强度增加、磁芯的电阻率比原来增加几个数量级、各向同性、且适应高频下工作。关于目前国内生产的软磁材料主要有铁粉芯(IRON)、铁镍50(HF)、钼坡莫合金即铁镍钼(MPP)、铁硅铝(MS)、非晶、超微晶、硅钢等，其中MPP可提供的Q值和的磁芯损耗、对温度和交流磁通变化稳定，是制作差模电感、整流滤波电感的材料，但价格较贵；HF具有15000GS的饱和磁通密度，它的磁芯损耗比铁粉芯低得多，应用于大电流场合可有效减小电感尺寸；MS其能量贮存容量比MPP还高，直流偏磁性能和损耗比铁粉芯好；铁粉芯的饱和磁通超过10000GS，直流偏磁性能较好、价格，可供选择的规格多，目前应用普遍，特别是设计得当的话。

　　为了验证所选磁材，在要求的工作电流下，它的磁特性如磁导率等特性：

　　在直流电路，可以采用直流偏磁发生器和电感电桥进行检测，在调节直流偏磁发生器至要求的工作电流后，再用电感电桥检测磁芯的磁导率等特性。

　　对交流电路，如果没有现成的磁材资料也可以采用图5.49所示的方法测量50Hz条件下的动态磁化曲线与动态磁导率。

　　磁芯试样上有两个绕组，其中初级N1匝绕组是供50Hz交变磁场励磁用，次级N2匝绕组是供测量磁芯中的磁感应强度用。磁芯中所受磁场强度H为：

奥斯特                       (5.71)

　　式中，l(cm)是磁路的平均长度。对于磁环 l=πd，d(cm)是磁环的平均直径。

　　初级测量电路中，R1是一个小电阻，可以用示波器测量励磁电流i1流经R1上的电压峰值U1。

　　由于U1=I1R1 (5.71)式可转换为：

(5.72)

　H=K1U1                                                              (5.73)

　　其中：

(5.74)

　　次级绕组瞬时感应电压e2应为：

伏           (5.75)

　　式中，A是磁芯截面积(cm2)；B是磁芯中的磁感应强度（高斯）。

　　由于示波器探头内阻很高，几乎不通过任何电流，所以次级测量电路中，只有由电容C、电阻R2和次级绕组构成的回路。若使R2远大于电抗成分则：

　伏                (5.76)

　　等式两边按时间积分可得：

Q2R2=N2AB·10-8                                              (5.77)

　　由于，Q2=CU2 ，(5.77)式可转换为：

CU2R2=N2AB·10-8                                              (5.78)

　　或

(5.79)

　　其中 ：

(5.80)

　　由于，

　　代入(5.73)(5.74)式

(5.81)

　　其中：

(5.82)

　　可以看出，动态磁导率μ与电路中的U2 /U1呈正比。

　　在设计中，差模扼流圈的额定电流可按50%~70% μ0设计，（相当恒磁导特性为50%~70%）。具体电感线圈的结构设计可参考下一节内容。

　　5.7.5 整流滤波电感

　　整流滤波电感就是工作在直流电路的差模电感中的一种。由于目前电源向更低电压、更大电流的方向发展，所以更须注意直流磁化对电感的影响，希望工作电流的变化所引起电感值的变化越小越好，即希望磁芯具有某种恒磁导特性。电感器设计任务主要是在满足给定的性能指标情况下，确定的磁芯结构，的几何尺寸，以及恰当的绕组匝数、绕法、导线截面积。

　　在开关变换器中设计电感器时，一般给定的量有三项：电感器通过的直流电流值（平均值）、纹波电流（一般是直流电流的百分数）、铜损。

　　其中，第二项要求，在给定开关频率和线圈的交流激励电压的情况下，可以转化为对其电感量L的要求。第三项要求，可以直接以线圈的铜损作为设计参数，也可转换成为线圈电流密度作为设计参数。

　　1. 介绍一种根据储能W设计电感的方法，设计步骤应包括以下内容：

　　1) 根据电源要求确定初始电感值，并进一步确定具体的电感值。也可参考5.3.4节中的(5.20)式。

　　2) 根据贮存能量值确定磁芯的大致规格。

　　3) 计算线圈匝数、导线规格尺寸。

　　4) 核算窗中面积和全部导线的占用面积，即核定导线是否绕得下。

　　5) 计算额定电流下的磁场强度，查对%μ是否符合要求。

　　6) 功率损耗核算。

　　2. 举例说明：

　　1) 按电源输出纹波要求，电感的计算值为100μH。但要求在额定电流8A时，电感量不低于60μH (60%μ0)

　　2) 算W

微焦耳

　　查铁粉芯（材料26）的%μ与W的关系曲线，见图5.50(a)。60%μ与1920μJ相交处的磁芯号为T131。

　　查铁粉芯（材料26）的NI与W的关系曲线，见图5.50(b)。1920μJ与T131相交处纵坐标为NI=240安匝，则匝数N=240÷8=30匝。

图5.50(a) 材料26的%μ与W的关系曲线

图5.50(b) 材料26的NI与W的关系曲线

　　查铁粉芯（材料26）的特性参数表，见表5.4。

表5.4  查铁粉芯（材料26）的特性参数表

　　查T131，AL=116则L=30²×116=104μH满足要求。

　　根据常规试选8A的导线直径φ1.3(AWG16)，由T131磁芯尺寸(φ33×16.3×11.1)可算出T131单层密绕匝数为34匝左右，现为30匝，因此绕制不成问题。

　　3) 查表5.4，T131 H/NI=0.1628，可算得H=40Oe (1Oe =79.58A/m)

　　4) 查材料26的%μ与H关系曲线（直流叠加特性曲线）见图5.51，材料2*0Oe时为60%μ，所以设计符合要求。

图5.51材料26的%μ与H关系曲线

　　5) 磁芯功耗由开关频率和磁通密度B决定，在一定频率条件下，磁通密度B越低，功耗越小，因此设计时尽可能选低一些的磁通密度B。根据安培环路定律等(5.53)、(5.56) 、(5.65) 式

　　求得：

(5.83)

　　对于开关纹波，(5.83)式应为：

(5.84)

　　式中Δi为纹波电流

　　注意这里要计算的磁通密度B应等于

　　现已知开关电源采用Buck电路、开关频率20kHz、toff=12.5μs、输出电压Eout=12V。

　　查表5.4，T131 Ae=0.855cm2，le=7.72cm，Ve=6.84cm3，AL=116，SA=42.1cm2对于Buck的输出电路