功率电感选择-EMC
大功率开关电源的EMC测试分析及正确选择EMI滤波器
大功率开关电源的EMC测试分析及正确选择EMI滤波器开关电源具有体积小、重量轻、效率高等优点，广泛应用于各个领域。
由于开关电源固有的特点，自身产生的各种噪声却形成一个很强的电磁干扰源。
所产生的干扰随着输出功率的增大而明显地增强，使整个电网的谐波污染状况愈加严重。
对电子设备的正常运行构成了潜在的威胁，因此解决开关电源的电磁干扰是减小电网污染的必要手段，本文对一台15kW开关电源的EMC测试，分析其测试结果，并介绍如何合理地正确选择EMI滤波器，以达到理想的抑制效果。
1 开关电源产生电磁干扰的机理图1为所测的15kW开关电源的传导骚扰值，由图中可以看出在0、15～15MHz大范围超差。
这是因为开关电源所产生的干扰噪声所为。
开关电源所产生的干扰噪声分为差模噪声和共模噪声。
图1未加任何抑制措施所测得的传导骚扰1.1共模噪声共模噪声是由共模电流，IcM所产生，其特征是以相同幅度、相同相位往返于任一电源线（L、N）与地线之间的噪声电流所产生。
图2为典型的开关电源共模噪声发射路径的电原理图。
图2 共模噪声电原理图由于开关电源的频率较高，在开关变压器原、副边及开关管外壳及其散热器（如接地）之间存在分布电容。
当开关管由导通切换到关断状态时，开关变压器分布电容（漏感等）存储的能量会与开关管集电极与地之问的分布电容进行能量交换，产生衰减振荡，导致开关管集电极与发射极之间的电压迅速上升。
这个按开关频率工作的脉冲束电流经集电极与地之问的分布电容返回任一电源线，而产牛共模噪声。
1.2差模噪声差模噪声是由差模电流IDM昕产生，其特征是往返于相线和零线之间且相位相反的噪声电流所产生。
1.2.1差模输入传导噪声图3为典型的开关电源差模输入传导噪声的电原理图。
其一是当开关电源的开关管由关断切换到导通时，回路电容C 通过开关管放电形成浪涌电流，它在回路阻抗上产生的电压就是差模噪声。
图3差模输入传导噪声电原理图其二是工频差模脉动噪声，它是由整流滤波电容c 在整流电压上升与下降期问的充放电过程中而产生的脉动电流与放电电流，也含有大量谐波成分构成差模噪声。
EMC 用电感器及软磁材料
EMC用电感器及软磁材料近年来，电子技术，特别是电力电子技术的飞速发展，导致系统和各种元器件向高频化、数字化、高功率化、高集成化和电子线路低压化的方向发展,这进一步导致了电磁干扰（或噪声）问题的发生和一个新的领域即电磁兼容（EMC）领域的出现。
目前，对电磁兼容性的较准确的定义是：对于系统、整机、部件和元件来说，“它们所具有的，既不影响周围电磁环境、又不受周围电磁环境的影响、其本身不会发生性能恶化和误动作，而能正常工作的能力”。
电磁干扰（或噪声）抑制技术通常包括以下内容：（1）传导干扰抑制技术（共模、差模滤波，去耦，隔离技术）（2）屏蔽技术（电屏蔽，磁屏蔽）（3）接地技术（4）噪声补偿技术等本文重点介绍近年来（1）和（2）项中所使用的软磁材料进展。
对于电子变压器行业来说，在EMC领域中最关心的实用问题是：A. 近年来出现的新的磁性电感元器件及其软磁新材料。
B. EMC用滤波电感器的最佳磁芯材料的选择。
C. EMC用滤波电感器的设计。
众所周知，对于几十MHz以上射频段的干扰的滤波电感器，通常采用镍锌铁氧体等软磁材料，例如，用于抑制数字线电缆及电源线电缆的射频(传导及辐射)干扰等。
本文仅介绍该频段以下的涉及传导干扰EMC领域中的问题，工业上用于该频段EMC的电感磁芯软磁材料有：薄硅钢，薄铁镍坡莫合金(Permalloy)，锰锌铁氧体，镍锌铁氧体，铁粉芯，铁硅铝粉芯（Sendust），高磁通铁镍50粉芯(HF)，铁镍钼粉芯(MPP)等，80年代和90年代又先后出现了非晶（Amorphous）和铁基纳米晶（Nanocrystallion或超微晶）等新型软磁材料，本文重点介绍这些材料磁芯的最新发展尤其是非晶和铁基纳米晶磁芯的进展，并按“传导干扰”和“磁屏蔽”两部分加以叙述。
1.EMC传导干扰及其抑制用软磁材料EMC传导干扰是从电源导线或信号线进行传播的，EMC传导干扰及其抑制技术包括了三方面的问题：A.本系统对市电网络的噪音(NOIS) 干扰及其抑制B.抵抗市电网络的噪音对本系统的干扰及其抑制C.本系统对下游负载的干扰及其抑制A，B.两项与通常的“电源线滤波器”有关电源线滤波器的基本线路电源线滤波器的作用是抑制共模和差模干扰，共模和差模干扰噪音的来源以及在线路中的流向示于图1，由图可见，抑制这些干扰应采取不同的方法，通常电源线滤波器的基本线路如图2，两级共模滤波电感L1，L2和差模电感L3同相应的共模和差模电容配合，可以达到如图3一例的噪声衰减效果。
Power inductor( 功率电感)
k 0.96 0.92 0.88 0.85 0.79 0.74 0.69 0.6 0.52 0.43 0.37 0ectro Magnetic Compatibility）：直译是"电磁兼容性"，意指设备所 产生的电磁能量既不对其它设备产生干扰，也不受其他设备的电磁能量干 扰的能力。EMC 包括EMI与EMS。 EMI(Electro Magnetic Interference)：直译是电磁干扰，是指它对外界发射的 电磁骚扰。这是合成词，我们应该分别考虑"电磁"和"干扰"。 所谓"干扰"， 指设备受到干扰后性能降低以及对设备产生干扰的干扰源这二层意思。第 一层意思如雷电使收音机产生杂音，摩托车在附近行驶后电视画面出现雪 花，拿起电话后听到无线电声音等 EMS（Electro Magnetic Susceptibility）：直译是"电磁敏感度"，其意是指由 于电磁能量造成性能下降的容易程度。为通俗易懂，我们将电子设备比喻 为人，将电磁能量比做感冒病毒，敏感度就是是否易患感冒。如果不易患 感冒，说明免疫力强，也就是英语单词Immunity，即抗电磁干扰性强。
针对环行CORE，有以下公式可利用: (IRON)
L=N2．AL L= 电感值（H) H-DC=0.4πNI / l N= 线圈匝数(圈) AL= 感应系数 H-DC=直流磁化力 I= 通过电流(A) l= 磁路长度（cm) l及AL值大小，可参照Micrometal对照表。例如: 以T50-52材，线圈5圈 半，其L值为T50-52(表示OD为0.5英吋)，经查表其AL值约为33nH L=33．(5.5)2=998.25nH≒1μH 当流过10A电流时，其L值变化可由l=3.74(查表) H-DC=0.4πNI / l = 0.4×3.14×5.5×10 / 3.74 = 18.47 （查表后） 即可了解L值下降程度(μi%)
emc 共模电感
emc 共模电感
摘要：
一、共模电感的定义与作用
二、共模电感的应用领域
三、共模电感的特点与选择
四、共模电感在EMC 中的重要性
正文：
共模电感，也称为共模扼流圈，是一种电子元件，主要用于电脑开关电源中过滤共模的电磁干扰信号。
共模电感在板卡设计中也起到EMI 滤波的作用，用于抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射。
在变频空调、平板电视、电动汽车、逆变焊机、高频电感加热、光伏、风电等领域，共模电感也有广泛应用。
共模电感的特点如下：在大频率范围内有良好的衰减；漏感低，更好的性能稳定性；电感量偏差小；体积小，较少匝数可获得。
在选择共模电感时，需要根据具体应用场景和要求来选择合适的电感值、电流、电压等参数。
共模电感在EMC（电磁兼容性）中具有重要作用。
在电子设备中，共模电感能有效抑制电磁干扰，提高设备的抗干扰能力，保证设备在复杂电磁环境中的正常工作。
emc单位公式转换
emc单位公式转换EMC的单位公式转换包括功率、电压、电流、磁场强度等参数的转换。
1. 功率转换：* 从功率dBm转换到电压dBμV：dBμV = dBm + 107dB。
* 从电流dBμA转换到功率dBm：dBm = dBμA - 73dB。
2. 电场强度与磁场强度转换：* 从电场强度dBμV/m转换到磁场强度dBμA/m：dBμA/m = dBμV/m - 51.5dB。
3. 电压转换：* 从电压V转换到dBμV：dBμV = 20 * log10(V/1mV)。
* 从电压dBμV转换到V：V = 1mV * (10^(dBμV/20))。
4. 电流转换：* 从电流mA转换到dBμA：dBμA = 20 * log10(mA/1μA)。
* 从电流dBμA转换到mA：mA = 1μA * (10^(dBμA/20))。
5. 电阻转换：* 从电阻Ω转换到dBμΩ：dBμΩ = 20 * log10(Ω/1μΩ)。
* 从电阻dBμΩ转换到Ω：Ω = 1μΩ * (10^(dBμΩ/20))。
6. 电感转换：* 从电感H转换到dBμH：dBμH = 20 * log10(H/1μH)。
* 从电感dBμH转换到H：H = 1μH * (10^(dBμH/20))。
7. 电容转换：* 从电容F转换到dBμF：dBμF = 20 * log10(F/1μF)。
* 从电容dBμF转换到F：F = 1μF * (10^(dBμF/20))。
8. 频率转换：* 从频率Hz转换到dBHz：dBHz = 20 * log10(Hz/1Hz)。
* 从频率dBHz转换到Hz：Hz = 1Hz * (10^(dBHz/20))。
9. 相位转换：* 从相位度转换到弧度：弧度 = 度 * π / 180。
* 从弧度转换到相位度：度 = 弧度 * 180 / π。
10. 阻抗转换：* 从阻抗Ω转换到dBμΩ：dBμΩ = 20 * log10(Ω/1μΩ)。
emc 共模电感参数选取
emc 共模电感参数选取在电磁兼容（EMC）设计中，共模电感的参数选择非常重要。
共模电感是一种在共模信号传输中用来抑制干扰的被动元件。
选择合适的共模电感参数能够有效提高系统的EMC性能，降低电磁辐射和敏感性。
首先，选取合适的电感值是至关重要的。
电感值的选择应该基于系统的特性和所需的抑制效果。
一般来说，较大的电感值可以提供更好的共模抑制。
然而，过大的电感值可能会引入额外的损耗和不必要的成本。
因此，在选择电感值时需要综合考虑多种因素，包括系统的频率范围、信号的幅度和带宽等。
其次，电感的电流饱和值也是一个需要考虑的参数。
共模电感在使用过程中会承受一定的电流，如果电流超过了电感的饱和电流，电感的性能可能会发生变化，导致共模抑制效果下降。
因此，在选择共模电感时，需要确保其饱和电流大于系统中的最大共模电流。
此外，电感的串联电阻也是一个需要考虑的因素。
串联电阻会产生额外的电压降，在一些要求电压幅度较小的系统中，这可能会对信号传输造成一定的干扰。
因此，在选择共模电感时，应当尽量选择串联电阻较小的型号。
最后，选择合适的封装方式也是非常重要的。
共模电感常见的封装方式有SMD贴片和插件式等。
在选择封装方式时，需要考虑到系统的布局和尺寸限制。
SMD贴片方式封装可以节省空间和提高布局灵活性，但对于一些高功率应用，插件式封装可能更为适合，因为它可以提供更好的散热性能。
综上所述，共模电感的参数选取对于系统的EMC性能至关重要。
在实际设计中，应综合考虑电感值、电流饱和值、串联电阻以及封装方式等因素，选取合适的共模电感，以提高系统的抗干扰能力，保证系统的可靠性和稳定性。
探讨EMC中共模电感的选择
探讨EMC中共模电感的选择共模电感在电磁兼容（EMC）设计中是一种重要的组件，它可以用来抑制共模噪声，提高系统的抗干扰能力。
在设计中选择合适的共模电感对于提高系统的性能和可靠性至关重要。
本文将探讨共模电感的选择要素以及如何选择合适的共模电感。
在EMC设计中，选择共模电感需要考虑以下要素：1.频率范围：共模电感的频率范围应与实际应用中的信号频率范围匹配。
根据信号频率的不同，可选择不同类型的共模电感，如线圈式、扁平线圈式或螺旋式。
2.电感值：共模电感的电感值应根据系统的要求来选择。
一般来说，较大的电感值可以提供更好的抗干扰性能，但同时也会增加系统的失耦电感。
3.额定电流：共模电感的额定电流应根据系统的电流需求来选择。
如果共模电感的额定电流小于实际应用中的电流，则可能导致共模噪声的抑制效果下降，从而影响系统的性能。
4.直流阻抗：共模电感应具有较高的直流阻抗，以避免短路共模信号。
直流阻抗越高，共模电感的效果越好。
5.尺寸和重量：共模电感的尺寸和重量也是选择要素之一、根据实际应用的要求，选择合适的尺寸和重量，以便在系统中方便布置和散热。
根据以上要素，选择共模电感时应考虑以下几个方面：1.系统需求：首先需要了解系统的工作条件和要求，包括信号频率范围、电流需求等。
这些信息有助于确定共模电感的参数范围。
2.厂家性能数据：对不同品牌和型号的共模电感进行调查和对比，了解它们的性能数据，如额定电流、电感值、直流阻抗等。
这些数据可用于筛选出符合系统要求的共模电感。
3.仿真和实验验证：根据系统要求，可以使用电磁场仿真软件进行电磁兼容分析，评估不同共模电感的抗干扰性能。
同时，还可以进行实验验证，对比不同共模电感的效果，选择最佳的共模电感。
4.成本和可靠性：在选择共模电感时，还需要考虑成本和可靠性。
成本包括购买成本和系统维护成本，可靠性包括共模电感的寿命和可靠性指标。
总之，选择合适的共模电感是EMC设计中很关键的一步。
需要根据系统要求和性能数据，结合仿真和实验验证，综合考虑成本和可靠性等因素，选择最佳的共模电感。
如何选择适合的电感
如何选择适合的电感电感是一种常见的电子元件，广泛应用于各种电路中。
选择适合的电感对于电路的正常运行至关重要。
本文将介绍如何选择适合的电感，并给出一些建议。
一、了解电感的基本概念和特性电感是指电流变化时所产生的自感电动势，通常由线圈或线圈组成。
电感的单位是亨利（H），常用的子单位有微亨（μH）和纳亨（nH）。
电感的特性包括电感值、品质因数、最大电流等。
二、确定电感的使用环境和要求在选择适合的电感之前，需要了解电路的使用环境和对电感的要求。
比如工作频率范围、电流大小、容忍功率损耗等。
只有明确这些要求，才能更好地选择适合的电感。
三、选择合适的电感类型1. 通用型电感：通用型电感适用于大部分一般性电路，具有较好的频率响应和磁饱和特性。
在选择时，需要根据要求确定合适的电感值和容忍功率损耗。
2. 高频电感：高频电感适用于工作频率较高的电路，具有较低的内阻和较小的耦合电容。
在选择时，需要考虑电感的高频响应和磁芯材料的磁导率。
3. 低频电感：低频电感适用于工作频率较低的电路，通常具有较高的电感值和较高的耦合电容。
在选择时，需要考虑电感的低频特性和磁芯材料的饱和电流。
四、选择适当的电感参数1. 电感值：根据电路的需求确定合适的电感值，可以通过仿真软件或实验验证得到。
一般来说，电感值越大，电感所储存的能量越多，但也会增加电感本身的大小和成本。
2. 容忍功率损耗：不同的电感具有不同的功率损耗特性。
在选择时，需要根据电路的功率需求和效率要求来确定合适的容忍功率损耗。
3. 最大电流：电感的最大电流是指电感能够承受的最大电流值。
在选择时，需要根据电路的工作电流来确定合适的最大电流。
五、考虑其它因素除了上述参数外，还有一些其他因素需要考虑：1. 尺寸和重量：根据电路的空间限制和重量要求，选择适合的电感尺寸和重量。
2. 成本：根据预算确定合适的电感。
3. 可靠性：选择可靠性较高的品牌和供应商。
六、参考实例以下是一些常见应用场景下的电感选择建议：1. 高频应用：对于高频应用，建议选择高频电感，具有较低的内阻和较小的耦合电容。
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设计贴士3 - 电感电流 -
概述
• 功率电感的电流负载可以用以下方法计算： 工具软件 (LTSpice, Webench, SWIFT, …) 逐步计算 用下面的方法做粗略计算 BUCK
I Lmax 1,5 Iout
ΔT=40 K |ΔL/L|<10%
IDC
2,70
Isat
3,00
Eigenres.-Frequenz self-res.-frequency
SRF
7,90
Einheit / unit tol.
礖
? 0%
typ.
C L鰐pad / soldering spec. :
[mm]
5,4
2,9
max.
A
L
1
(2 f )?C
设计贴士 7
选择开关频率的 1/10作为LC滤波器的截止频率 选择输出电容 (e.g. 22 μF) 计算感值
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设计贴士8 - 电感选择软件 -
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SMALL –printed letters often make a
BIG difference
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饱和电流 • 饱和电流 ISAT
定义? 标准 ?
没有标准......
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饱和电流
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设计贴士2 - 感值 -
感值
• 如果没有软件支持，感值的计算公式如下： BUCK
BOOST
Iout … 工作电流 Uout … 输出电压 Uin … 输入电压 fswitch … IC的开关频率
L DC (Uin Uout ) fswitch r Iout
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WÜ RTH ELEKTRONIK EISOS GMBH & CO. KG 功率电感 – 怎样选择
- 8个设计小贴士 -
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概述
• 高效 • 发展趋势
输出电压小于 1 V 输出电流最大至 60 A 开关频率高达 5 MHz
•IC公司仿真软件支持 Texas Instruments – SWIFT / TPS40K Linear Technology – LTSpice / SwitcherCAD National Semiconductor – Webench
•WE提供支持 设计工具 在产品原型设计和优化设计时能够快速查找大量的WE元件信息
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设计贴士1 - 开关频率 -
impedance
开关频率
• 磁芯材料的选择与工作频率相关
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0,01
XL(Fe) „0“-400kHz
0,1
XL(MnZn)
XL(NiZn)
„0“-10MHz
„0“-40MHz
1
10
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100
f/MHz 1000
电感值
设计贴士 1
开关频率 < 100 kHz: 可供选择的磁芯材料: 铁粉, 铁氧体 开关频率 > 100 kHz: 可供选择的磁芯材料: 铁氧体 • 根据开关频率不同，磁芯材料的使用情况大致如下：
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设计贴士4 - 直流电阻 -
直流电阻
设计贴士 4
相同封装尺寸下的直流电阻值 感值越高 – 直流电阻越大 感值越低 – 直流电阻越小 感值相同，采取了屏蔽措施的电感- 直流电阻小
• 电感选择软件与常规计算的比较
500KHz 24V
2A
L
12V
常规计算
L Uin U out U out
U in0,3Iout f
计算得出的感值是后续优化设计的起点
L 20,000礖
电感选择软件
U U U L
in
(
out
out U D )
(U I in U D ) 0,3
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屏蔽 / 非屏蔽
• 使用屏蔽/非屏蔽的对比
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屏蔽 / 非屏蔽
设计贴士 5 尽可能使用磁屏蔽封装的功率电感. 不要在功率电感下方布线，也不要在其上方安排电路板，因为这样会增加气隙耦合的程度。
电感选择软件 Inductor Selector
• 计算和选择正确电感的捷径
L
设计贴士 8 电感选择器可用于 BUCK-converter BOOST-converter 要计算正确的感值，必须考虑额定电流，饱和电流和直流电阻。
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电感选择软件 Inductor Selector
f
out
L 24V 12V (12V 0,7V )
(24V 0,7V ) 0,3 2A500kHz
L 20,567礖
尝试这些感值 18, 22, 27 µH
尝试这些感值: 18µH; 22µH; 27µH
纹波电流系数 (0.2 ~ 0.5)
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设计贴士 3 请注意产品规格书中的定义 额定电流 功率电感的额定电流通常和直流工作条件下的自发热关联 -- 在本篇中，电感在额定电流下 自发热温升是40°C。 饱和电流 根据半导体制造厂家的推荐，饱和电流是指感值跌落10%的工作点电流。遗憾的是，在功 率电感的规格书中没有这样的标准值，常常给用户造成误解和困惑。
• 伍尔特电子的定义 – 例如： WE-PD
110
100
90
80
inductance L/Lo [ %]
70
60
50
40
30
20
10
0
0
5
10 15 20
• 饱和电流通常代表在一定程度上的感值跌落
25 30 35 I [A]
饱和电流
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∆L= - 10%
Kunde / customer : Artikelnummer / part number :
744770147
Bezeichnung : description :
SPEICHERDROSSEL WE-PD POWER-CHOKE WE-PD
A Mechanische Abmessungen / dimensions :
L DC Uout (1 DC )? fswitch r Iout
设计贴士 2
r 0.2 ..... 0.4
感值
感值高 – 纹波电流小 感值低 – 纹波电流大 纹波电流是决定磁芯损耗的要素. 减少功率电感损耗的重要参数不仅包括开关频率，还包括纹波电流。
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开关频率 < 100 kHz 磁芯材料: 铁粉; 锰锌; Superflux, 镍锌, WE-Perm
开关频率 > 100 kHz….. 1000 kHz 磁芯材料: 锰锌; Superflux, 镍锌, WE-Perm
开关频率 > 1000 kHz 磁芯材料: 镍锌, WE-Perm
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shielded
unshielded
smaller leff
bigger leff
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设计贴士6 - AL 值 -
AL 值 • AL值根据有效磁路长度和磁通面积计算得出
L AL N 2
有问题吗? • 请拨打产品热线获得技术支持
pm_.hotline@we-online.de
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N L
AL
设计贴士 6 磁屏蔽电感的优点是: AL 值更高
同样的感值，直流电阻更低 线损（铜损）更低
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设计贴士7 - LC 输出滤波器 -
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LC 输出滤波器
• 得到一个干净的输出电压
A
C
E
B
D
? Ma rking
DATUM / DATE : 2004-10-11 Typ XL
A
12,0 ? 0,3
mm
B
12,0 ? 0,3
mm
C
8,0 max.
mm
D
8,0 ? 0,3
mm
E
5,0 ? 0,2
mm
= Start of winding
Marking = Inductance code
max.
7,0 12,8