PFC电源设计与电感设计计算(九) - PFC电感电气性能指标的定义及电路中的作用(2) 9B

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

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