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考虑频变特性的共模电感宽频段阻抗建模方法

电源学报 2024年第5期22卷 28-36页

作者：连振珠傅恺宁陈为厦门理工学院电气工程与自动化学院厦门361024 厦门市高端电力装备及智能控制重点实验室厦门361024 福州大学电气工程与自动化学院福州350108

共模电感由绕组和磁芯组成,锰锌铁氧体可以作为共模电感的磁芯,其高频参数的频变特性使共模电感的阻抗特性在150 kHz~30 MHz内呈非线性。针对传统共模电感集总电路模型与实测阻抗特性存在较大偏差,难以准确预测共模电感在高频段阻抗特... 详细信息

共模电感由绕组和磁芯组成,锰锌铁氧体可以作为共模电感的磁芯,其高频参数的频变特性使共模电感的阻抗特性在150 kHz~30 MHz内呈非线性。针对传统共模电感集总电路模型与实测阻抗特性存在较大偏差,难以准确预测共模电感在高频段阻抗特性的问题,分析磁芯材料参数与绕组绕制方式对共模电感高频阻抗特性的影响;从共模电感分布电容特性的角度阐述磁性材料参数与绕组结构对分布电容大小的作用机理;提出考虑磁芯相关频变参数的共模电感宽频段阻抗仿真建模方法,结合阻抗测试验证所提方法的有效性。

关键词：共模电感分布电容阻抗特性仿真建模

共模电感用高磁感纳米晶合金的高频特性与各向异性关联研究

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共模电感用高磁感纳米晶合金的高频特性与各向异性关联研究

作者：张瑞恒太原理工大学

学位级别：硕士

共模电感由于其优异的抑制电磁干扰的能力而成为高频电源、通信系统、汽车电子和其他电子应用领域不可或缺的组件。由于全球节能减排和宽禁带半导体的引入驱使共模电感向高频化、小型化和高效化的方向发展,要求共模电感软磁材料兼具高... 详细信息

共模电感由于其优异的抑制电磁干扰的能力而成为高频电源、通信系统、汽车电子和其他电子应用领域不可或缺的组件。由于全球节能减排和宽禁带半导体的引入驱使共模电感向高频化、小型化和高效化的方向发展,要求共模电感软磁材料兼具高磁感的同时,在10 k Hz-1MHz具有良好的高频特性。但是,目前商用纳米晶共模电感磁芯的饱和磁感应强度仅1.2 T,限制了其小型化和抗饱和能力,而高磁感合金存在高频特性差的缺点。因此如何提高高磁感纳米晶材料的高频特性和阐明其高频机制是当前研究的热点和难点。为此,本文选用饱和磁感应强度为1.38 T的FeSiBNbCuMo纳米晶合金展开了系统地研究。(1)建立了双各向异性定量关系下的动态磁化模型,并阐明了其与纳米晶高频特性的关联机制。磁场复合热处理可诱导单轴各向异性(K)与平均随机各向异性()相竞争,有效提高高频特性。相比单一的,当K与相当时,其纳米晶磁芯在50 k Hz下的高频磁导率提高了41%。单一的磁化行为以畴壁运动为主导,K与相竞争可形成转动为主,伴随畴壁位移和分裂的磁化行为;且随频率升高,畴壁细化明显,进而可显著降低剩余损耗。(2)建立了闪速应力复合热处理下的微观局域结构的演变模型,并阐明了纳米晶结构和高频特性的关联机制。500 C闪速应力预处理可析出～5nm团簇,形成了类α-Fe短程有序,降低了类Fe B短程有序区面积。有效提高了Cu团簇数密度,最终可获得高密度细小均匀的纳米晶晶粒(～12.7 nm),有效降低了,使其10 k Hz下高频磁导率可达63200,增加了62%。(3)建立了电感特性与高磁感纳米晶材料高频特性的关联。磁场复合热处理和闪速应力复合热处理可分别有效提高100 k Hz-1MHz下和1-100 k Hz下的阻抗特性、插入损耗特性和抗饱和特性。建立了电感感量与高磁感纳米晶软磁材料的高频磁导率之间的定量关联,可为小型化和高频化共模电感的优化设计提供理论支撑。

关键词：共模电感纳米晶合金磁化机制各向异性微观结构高频特性

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匝数不对称的环形共模电感特性分析

电子元件与材料 2024年第8期43卷 1009-1016页

作者：邱智勇傅恺宁厦门理工学院电气工程与自动化学院福建厦门361024 厦门市高端电力装备及智能控制重点实验室福建厦门361024

共模电感会产生磁场泄漏,其漏感可以被用作差模感量。分别对匝数对称共模电感与匝数不对称共模电感进行磁路建模,发现匝数不对称共模电感在磁芯磁材的截止频率前可以进一步增加其差模感量。提出一种差共模电感集成方案,将两个匝数不对... 详细信息

共模电感会产生磁场泄漏,其漏感可以被用作差模感量。分别对匝数对称共模电感与匝数不对称共模电感进行磁路建模,发现匝数不对称共模电感在磁芯磁材的截止频率前可以进一步增加其差模感量。提出一种差共模电感集成方案,将两个匝数不对称的共模电感串联堆叠,同时保持L、N线路之间的阻抗平衡。有限元仿真表明,所提方案能够显著增加共模电感的差模阻抗,并降低磁场泄漏。实物测试中,所提方案的阻抗为传统方案的1.5~8倍。插入损耗测试结果显示,在100 kHz~10 MHz范围内,所提方案相比传统方案能够增加8~20 dB的插入损耗,验证了所提方案能够明显改善EMI滤波器的滤波效果。

关键词：不对称共模电感 EMI滤波器磁场泄漏近场耦合插入损耗

基于共模电感磁饱和的功率EMI滤波器测试与分析

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基于共模电感磁饱和的功率EMI滤波器测试与分析

作者：彭宇西南科技大学

学位级别：硕士

随着大功率电子器件的迅猛发展和广泛应用,它们在开关电源、5G通信、新能源汽车等领域展现出了体积小、重量轻、高效率等许多优点。这些优点使得大功率电子器件在这些领域得到了广泛的应用。但是在使用过程中大功率电力电子元器件所引... 详细信息

随着大功率电子器件的迅猛发展和广泛应用,它们在开关电源、5G通信、新能源汽车等领域展现出了体积小、重量轻、高效率等许多优点。这些优点使得大功率电子器件在这些领域得到了广泛的应用。但是在使用过程中大功率电力电子元器件所引起的电磁干扰问题越发严重。为了抑制电磁干扰,目前最有效的方法就是在设备中加入电磁干扰(Electro Magnetic Interference,EMI)滤波器。在大功率应用场景中,共模干扰是电磁干扰的主要形式,过大的共模干扰就会引起大的共模电流从而导致EMI滤波器发生磁饱和现象。工程上为了避免EMI滤波器磁饱和现象的发生,通常采用大型号的磁芯进行EMI滤波器的设计,这就限制了EMI滤波器的小型化发展方向。小型化设计共模电感的一个重要目的就是在增强其抗饱和能力的同时尽可能的减小其体积。因此,在设计共模电感时,必须考虑其抗饱和能力,以确保其在高电流情况下仍能正常工作。为此,本文对共模电感的磁饱和机理和磁饱和测试方法进行了系统的研究。(1)研究了共模电感磁饱和机理,对现有磁饱和测试方法进行分析,归纳总结出了可以极大程度上模拟实际工作环境的大信号测试方法。该方法可以较为准确的测量不同EMI滤波器的磁饱和电流,可以为EMI滤波器的设计提供依据。(2)完成了大信号测试电路的设计。为了模拟实际工作环境并扩大测试范围,整体电路采用了多路全桥并联加串联的拓扑结构。控制部分采用脉宽调制技术,通过小信号调理电路输出两路占空比为50%的方波信号,从而控制全桥驱动芯片去驱动全桥4个MOS管进行开关动作。这样的设计结构能够更有效地控制和驱动电路,满足测试需求并提供更大的灵活性。(3)通过测试电路对不同磁芯型号的功率EMI滤波器进行磁饱和测试,通过分析实验所得数据研究磁饱和电流的大小与共模电感的磁芯材料、匝数、频率等相关参数之间的关系。(4)以上述测试数据为指导,设计了一款以非晶软磁材料为磁芯的功率EMI滤波器。将该EMI滤波器与以镍锌铁氧体为磁芯的商用功率EMI滤波器进行对比实验,验证了通过大信号测试方法在考虑共模电感抗饱和能力的前提下对共模电感尺寸优化的可行性。

关键词：电磁干扰 EMI滤波器共模电感抗饱和能力大信号测试尺寸优化

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一种双磁芯差共模电感集成EMI滤波器

电力电子技术 2016年第2期50卷 97-100页

作者：李洪珠张垒王俏齐庆杰辽宁工程技术大学电气与控制工程学院辽宁葫芦岛125105 辽宁工程技术大学安全科学与工程学院辽宁阜新123000

滤波电感集成是减小EMI滤波器体积的重要方法之一。在此提出了一种双磁芯差共模电感集成的EMI滤波器结构,分析了共模与差模电感的集成原理,利用磁路分析推导了集成共模与差模电感计算公式,给出了差共模集成电感的设计方法,并分析了磁芯... 详细信息

滤波电感集成是减小EMI滤波器体积的重要方法之一。在此提出了一种双磁芯差共模电感集成的EMI滤波器结构,分析了共模与差模电感的集成原理,利用磁路分析推导了集成共模与差模电感计算公式,给出了差共模集成电感的设计方法,并分析了磁芯磁阻不平衡对差共模电感的影响,给出了磁阻不平衡应满足的范围。利用二端口模型建立了差共模电感二端口等效电路,并利用A参数矩阵推导了集成EMI滤波器插入损耗。利用有限元分析提取了差共模电感的高频参数,并与实验样机测试结果进行了对比,结果表明有限元分析法获取的参数可以用于理论分析。利用频谱分析仪测试了集成EMI滤波器样机插入损耗测试曲线,测试曲线与计算和仿真曲线对比结果表明,二端口建模理论分析的正确性与二端口等效电路的准确性。

关键词：滤波器共模电感差模电感双磁芯集成

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双磁芯差共模电感集成EMI滤波器研究

双磁芯差共模电感集成EMI滤波器研究

作者：康壮辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

为了满足电力电子设备的EMC要求,要使用输入滤波器来改善电力电子设备的EMI性能。分析了国内外研究EMI滤波器的技术现状,论述了集成EMI滤波器的研究情况,从减小体积和提高功率密度的角度提出了双磁芯集成EMI滤波器。提出了差模电感单绕... 详细信息

为了满足电力电子设备的EMC要求,要使用输入滤波器来改善电力电子设备的EMI性能。分析了国内外研究EMI滤波器的技术现状,论述了集成EMI滤波器的研究情况,从减小体积和提高功率密度的角度提出了双磁芯集成EMI滤波器。提出了差模电感单绕,共模电感双绕的双磁芯集成EMI滤波器与利用局部磁芯增大差模电感的双磁芯集成EMI滤波器两种集成结构。(1)利用磁路分析方法分别对每一种双磁芯差共模电感集成EMI滤波器进行了集成原理分析,并分析了磁芯磁阻不平衡对差模电感单绕共模电感双绕的双磁芯集成EMI滤波器影响。(2)利用二端口网络分析理论对每一种双磁芯差共模电感集成EMI滤波器进行了高频建模,建立了集成差共模电感的二端口等效电路,并利用电磁场有限元计算和实验测试方法提取了电磁参数,推导得到了插入损耗计算公式,并给出了计算曲线和仿真曲线,并通过实验测试获得了插入损耗的测量曲线。(3)研究了两种双磁芯集成差共模电感EMI滤波器平面化结构,给出了平面化的磁芯结构方案和绕组结构方案,给出了绕组的绕制方法。通过分析,获得了磁芯磁阻不平衡对差模电感单绕共模电感双绕的双磁芯集成EMI滤波器影响的实用结论。通过对计算、仿真与实验测试插入损耗曲线的对比,验证了理论分析的正确性和等效电路的准确性。

关键词： EMI滤波器双磁芯集成共模电感差模电感插入损耗

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共模电感的建模方法及验证

安徽科技 2021年第3期 46-47页

作者：赵旭东南京师范大学电气与自动化工程学院

共模电感是EMI传导噪声抑制中的重要元件。本文介绍分析了共模电感仿真模型建立的不同方法,选择一种最简单的建模方法进行建模,并用Maxwell仿真结果与给定共模电感数据表对比,验证了建模方法的准确性。

关键词：共模电感建模 Maxwell

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环形共模电感近磁场泄漏分析

电气技术 2017年第2期18卷 41-45,92页

作者：陈开宝陈为福州大学电气工程与自动化学院福州350108

为了解决功率变换器引起的EMI问题,普遍的做法是使用滤波器。环形共模电感作为EMI滤波器中重要的器件,既是容易受外界磁场干扰的敏感设备,也是一个主要的磁场泄漏源。本文以环形共模电感为研究对象,借助有限元分析软件Ansoft Maxwell分... 详细信息

为了解决功率变换器引起的EMI问题,普遍的做法是使用滤波器。环形共模电感作为EMI滤波器中重要的器件,既是容易受外界磁场干扰的敏感设备,也是一个主要的磁场泄漏源。本文以环形共模电感为研究对象,借助有限元分析软件Ansoft Maxwell分析了环形电感近磁场泄漏的场分布形式及变化规律,并分析了两种绕组方式、磁心材料磁导率、绕组张角、磁性外径等因素对共模电感近磁场泄漏的影响。实验结果可用于指导共模电感设计以及电路布局。

关键词：共模电感近磁场磁泄漏

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基于共模电感的RLC电路非线性动力学研究

物理实验 2022年第11期42卷 13-19页

作者：苏籍白在桥北京师范大学物理学系北京100875

基于共模电感搭建了非线性RLC电路,该电路的非线性来自共模电感的饱和与磁滞特性.通过调节驱动信号的幅度或频率,电路表现出倍周期分岔、阵发、激变和多吸引子共存等丰富的动力学现象.建立了简化的共模电感模型,发现忽略共模电感的磁滞... 详细信息

基于共模电感搭建了非线性RLC电路,该电路的非线性来自共模电感的饱和与磁滞特性.通过调节驱动信号的幅度或频率,电路表现出倍周期分岔、阵发、激变和多吸引子共存等丰富的动力学现象.建立了简化的共模电感模型,发现忽略共模电感的磁滞,该电路可以用含周期驱动项的二阶常微分方程描述.数值模拟仿真结果表明:基于该简化模型,可以复现绝大部分实验现象.

关键词： RLC电路共模电感非线性动力学