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电感的作用(电感的作用及原理)

1、电感的作用是什么

对于直流电,电感是相当于短路的;而对于交流电,电感是对其有阻碍作用的,交流电的频率越高,电感对它的阻碍作用越大。

对我们来说最熟悉的电感应用莫过于变压器了,如下图所示为变压器的电路符号,假如左侧线圈匝数为100,右侧匝数为50,如果左侧接220V交流电,那么右侧感应出来的电压为110V,即“匝数比=电压比”而电流却会截然相反,如果左侧流进1A电流,那么右侧会流出2A的电流,即“匝数比=电流的反比”,因为电感只会对电压、电流进行变化,而不能对功率进行变化,如果电压和电流都为正比显然是不合情理的。

所谓低通滤波器是:低频信号可以通过,而高频信号不能通过,电路原理图如下图,输入信号如果是直流电,那么电感相当于一根导线,现在是短路,信号会经过电感,直接输出,而不经过电阻,如果我们逐渐升高电流的频率,由于电感对交流电有阻碍作用,通过电感的信号会慢慢变小,直到达到某一个频率,当高于这个频率之后的电流再也无法通过,这时候就形成了低通滤波器,这个频率就叫做截止频率,公式为f=R/(2πL)

2、电感的作用是什么

高通滤波器的道理和低通的类似,只不过电阻和电感的位置变了,如果是直流电,会经过电感流回去,这时候如果改变频率,当频率逐渐升高,由于电感对交流电的阻碍作用,当频率达到截止频率时,高频信号不经过电感,而直接把我们需要的高频信号输出。截止频率的计算也是f=R/(2πL)

以上列举了一些常用的电感应用,当然电感的作用远远不止这些,以上讲的都是基础,应用的时候考虑的远比以上所说的要多,对于笔者讲解不周之处还请大家指出,笔者没用列出的作用,还请大家在下方留言。

功率变换器中的磁元件有很多,比如EMI滤波电感,PFC功率电感,LLC拓扑中的谐振电感以及输出直流滤波电感、变压器等等。他们在电路中起到非常重要的作用。

3、电感的作用是什么

《电源小白到实战》系统课程的第七课,就是由资深工程师张工带来电感内容的讲解——

作为阻容感中基础的电感,是电源电路中不可或缺的一个元件。下面就从一个典型的AC/DC电源拓扑结构出发,分析电感的作用:

AC交流输入,前级是EMI滤波电路,经过整流桥整流后,通过PFC电路实现对输入电压电流的功率因数校正,一般输出电容Cpfc母线电压为400V左右,后级接一个半桥LLC直流变换器实现功率的变换和原副边的电气隔离,最后经过输出滤波电路实现对输出电压的纹波噪声进行滤波,给负载进行供电。

4、电感的作用是什么

首先看EMC电路,它包含共模电感,差模电感或者复合滤波器;共模电感主要用于滤除共模噪声,差模电感主要用于滤除差模噪声;有时候为了集成化,会人为的将共模电感的差模成分加大,这样就组成了复合滤波器,既可以实现共模噪声的滤除,还可以对差模噪声进行滤除。

然后这个就是PFC电路,它包含一个PFC的功率电感,来实现能量的存储和释放,实现功率因数的校正。

再后面就是一个半桥的LLC拓扑结构,那么谐振电感是本次课程需要重点介绍的内容;谐振电感Lr和谐振电容Cr组成谐振网络,在谐振频率的工作条件下,谐振腔的电流几乎为正弦状态,这样就会给谐振电感的设计带来了很大的挑战。

5、电感的作用是什么

最后就是输出滤波电路,一般输出滤波电路由pi型电路组成,它由前后级滤波电容Co1/Co2和滤波电感Lo组成。LLC拓扑结构对输出滤波电感不是必须的,但是比如像移相全桥拓扑/正激变换器拓扑结构,这样的拓扑结构在输出端必须要有输出滤波电感,用来进行能量的变换和转移。

我们希望EMI滤波电感的饱和电流越大越好,所以在选择共模电感磁芯的时候一般选择铁氧体磁芯或者纳米晶磁芯;选择差模电感磁芯的时候,一般选择棒形铁氧体或者铁基非晶磁芯;

现在看一下EMI滤波器的作用:将EMI滤波电路比喻是一张网,左边是AC电网,右边是开关电源内部本身;

6、电感的作用是什么

首先EMI滤波器可以滤除开关电源本身的电磁波,防止其进入电网;其次是滤除电网传输过来的电磁波,防止其干扰电源。通俗一点讲,就是我电源不干扰电网,电网也别想干扰电源。

那么,在设计EMI滤波电路的共模电感时,需要注意它的电感特性,比如频率范围在100kHz~1MHz的范围;需要注意它的阻抗特性,比如频率范围在150kHz~30MHz,还有它的谐振频率/不平衡电流/损耗等都是需要去注意的比较关键的参数。

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7、电感的作用是什么

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这些PFC功率级拓扑结构往往至少包含一个或以上的功率级电感。PFC功率电感在这些拓扑结构中的作用是在开关管导通时存储能量,在开关管关断时释放能量,起到Boost电路的特性,实现对输入电压的升压。

由于PFC电感连接在输入端,可以起到很好的将输入电流跟踪输入电压的功能,来达到实现功率因素校正的目的。

8、电感的作用是什么

那么作为PFC功率电感,需要注意哪些主要的电气性能指标以及它的作用呢?

首先是电感的电流特性,也就是L-I特性曲线,这个主要是对输入电流纹波的控制,电感量越大,纹波越小;电感量越小,纹波越大。所以我们在设计PFC电感的时候需要考虑在0电流偏置的电感量,电流纹波率以及饱和电流。

电感电流特性与磁芯的选择也有很大的关系,一般可以选择铁氧体磁芯/铁硅铝磁芯/铁硅合金磁芯/带气隙非晶磁芯/磁粉芯这些材料作为PFC功率电感的磁芯,它们各有利弊。

9、电感的作用是什么

其次就是电感的阻抗特性和谐振频率,这个主要是EMC方面的考虑。在设计PFC电感时尽量保证在100kHz~30MHz的频率范围内保持感性状态,同时,也要保证它自身的谐振频率尽可能的高;通常至少为1MHz以上。

最后就是一个损耗的设计,PFC电感的损耗总的来说可以归结为磁芯损耗和线材损耗;线材损耗又和直流阻抗,Q值,交流阻抗这些因素有关系,而交流阻抗又和工作频率,绕制方式有比较大的关系。

所以,我们要想设计好一个PFC功率电感,需要弄清楚这些主要的关键电气性能指标。

10、电感的作用是什么

为什么叫LLC,它是由一个谐振电感Lr,一个变压器激磁电感Lm和谐振电容Cr组成的一个谐振网络,所以将它们成为LLC拓扑结构。

谐振电感Lr在LLC拓扑结构里面主要是和谐振电容Cr组成谐振腔电路,产生谐振,所以在这个电路里面谐振电感Lr是没有直流电流的,而是产生一个比较大的近似交流的正弦波电流。

这个是谐振电感和激磁电感的电流波形,粉红色曲线是谐振电感电流波形,绿色曲线是激磁电感的电流波形。它们两者的差就是传递到LLC副边的电流波形。