電感器是一個(gè)兩端電氣元件，一旦電流通過(guò)它，它就用于在磁場(chǎng)中存儲(chǔ)能量，也被稱為扼流圈、線圈或電抗器。通常情況下，電感器包括纏繞成線圈的絕緣線。一對(duì)電感器稱為耦合電感器，用于使用公共磁芯將能量從一個(gè)繞組傳輸?shù)搅硪粋€(gè)繞組。在本文中，小編將簡(jiǎn)單介紹下耦合電感器的工作原理、電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用特性。

耦合電感器的定義

耦合電感器是指兩個(gè)線圈或電感器的連接可以通過(guò)電磁感應(yīng)完成。每當(dāng)交流流過(guò)初級(jí)線圈時(shí)，線圈將建立一個(gè)連接到次級(jí)線圈的磁場(chǎng)并在線圈內(nèi)感應(yīng)出電壓。從一個(gè)電感器到另一個(gè)電感器的感應(yīng)電壓現(xiàn)象稱為互感。

耦合電感器主要用作變壓器、電子電路和配電系統(tǒng)的重要部件。一對(duì)耦合電感器可以通過(guò)三個(gè)參數(shù)來(lái)表示，例如 L1、L2自感和互感。耦合電感符號(hào)如下所示：

耦合電感方程

與其它電路相比，包含耦合電感器的電路更復(fù)雜，因?yàn)榫€圈的電壓可以簡(jiǎn)單地用它們的電流來(lái)表示。

在上述耦合電感電路中，L1和L2等兩個(gè)線圈非?？拷?。由于“i1”電流流過(guò)初級(jí)線圈“L1”，可以感應(yīng)出磁通量，然后將其轉(zhuǎn)移到次級(jí)線圈L2。當(dāng)“V1”電壓施加到初級(jí)線圈“L1”時(shí)，“i1”電流將開始流經(jīng)線圈L1。因此，電流變化率將產(chǎn)生一個(gè)磁通量來(lái)供應(yīng)整個(gè)磁芯并在次級(jí)線圈“L2”內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)電壓。

在初級(jí)線圈“L1”中，電流的變化率也改變了通量，這進(jìn)一步控制了次級(jí)線圈“L2”內(nèi)的感應(yīng)電壓。因此，可以使用以下公式計(jì)算初級(jí)線圈“L1”內(nèi)的感應(yīng)電壓：

V1 = M {di2(t)/dt}

從上面的“V1”方程，互感“M”主要負(fù)責(zé)在兩個(gè)獨(dú)立電路中相互感應(yīng)的電壓。所以，這個(gè)互感(M)就是比例系數(shù)。類似地，對(duì)于第一個(gè)“L2”線圈，由于“L2”線圈的互感而產(chǎn)生的互感電壓可以表示為

V2 = M {di1(t)/dt}

與電感類似，互感 (M) 也可以用亨利測(cè)量。因此，最高互感值可以表示為√L1L2。當(dāng)電感通過(guò)電流的變化率感應(yīng)電壓時(shí)，互感 (M) 也會(huì)感應(yīng)出一個(gè)電壓，稱為互電壓M(di/dt)。當(dāng)，這種互電壓是正(+ve)還是負(fù)(-ve)，主要取決于電感器的結(jié)構(gòu)和電流方向。

同名端(DOT Convention)

互感電壓的極性可以通過(guò)Dot Convention等基本工具確定。在點(diǎn)轉(zhuǎn)換中，“dot”標(biāo)記符號(hào)看起來(lái)像一個(gè)圓形，主要用于相互耦合電路中的兩個(gè)線圈端。因此，這個(gè)點(diǎn)符號(hào)提供了有關(guān)其磁芯區(qū)域繞組結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。

在上述同名端電路中，電感器L1和L2是相互耦合的。V1和V2電壓是在兩個(gè)L1和L2電感器上產(chǎn)生的，這是電流流入虛線端子上的兩個(gè)電感器的結(jié)果。假設(shè)兩個(gè)電感的互感為M，則感應(yīng)的電壓可以使用以下公式計(jì)算。

對(duì)于初級(jí)電感“L1”，感應(yīng)電壓“V1”為：V1 = L1(di1/dt) ± M(di2/dt)

對(duì)于次級(jí)電感“L2”，感應(yīng)電壓“V2”為：V2 = L2(di2/dt) ± M(di1/dt)

因此，上述電路包含兩種感應(yīng)電壓，一種是自感感應(yīng)電壓，一種是互感感應(yīng)電壓。

基于自感感應(yīng)的電壓可以用公式V = L(di/dt) 計(jì)算為正 (+ve)，但相互感應(yīng)的電壓可以為負(fù) (-ve) 或正 (+ve) ) 基于繞組的結(jié)構(gòu)和電流。這里，dot是用于確定互感電壓極性的重要參數(shù)。

耦合電感器分析與設(shè)計(jì)原理

耦合電感器的設(shè)計(jì)和分析可以通過(guò)使用下面的反激式轉(zhuǎn)換器電路來(lái)完成。該電路可以用基本的電子元件構(gòu)建，如耦合電感器(反激變壓器)、二極管、電容器等。

反激式轉(zhuǎn)換器電路是一種電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它使用耦合電感器在整個(gè)電流供應(yīng)后存儲(chǔ)能量，一旦電源斷開，能量將被釋放。這些轉(zhuǎn)換器在設(shè)計(jì)和性能上與升壓轉(zhuǎn)換器有關(guān)，除了變壓器的初級(jí)繞組可以用電感器代替，而次級(jí)繞組提供o/p。反激布置中的兩個(gè)繞組都用作兩個(gè)獨(dú)立的電感器。

反激式逆變器電路如下圖所示。電路中的回掃變壓器是一個(gè)耦合電感器，包括一個(gè)有間隙的磁芯。在每個(gè)周期中，一旦向變壓器的初級(jí)繞組提供輸入電壓，能量就可以存儲(chǔ)在磁芯間隙內(nèi)。之后，能量被傳送到次級(jí)繞組，為負(fù)載提供能量。這些變壓器主要用于反激式轉(zhuǎn)換器，以提供電壓轉(zhuǎn)換和電路隔離。

反激式轉(zhuǎn)換器的原理是，當(dāng)流過(guò)電感器的電流被禁用時(shí)，存儲(chǔ)在磁場(chǎng)中的能量可以通過(guò)突然反轉(zhuǎn)端電壓來(lái)釋放。電路中的反激二極管跨接在一個(gè)電感器上，用于消除反激，這意味著一旦負(fù)載的電流供應(yīng)突然中斷或減少，就會(huì)在負(fù)載上看到電壓浪涌。該二極管可以是不同名稱類型，如換向二極管、緩沖二極管、抑制二極管、續(xù)流二極管、鉗位二極管。

通常情況下，在反激式轉(zhuǎn)換器電路中使用的開關(guān)器件是MOSFET晶體管，它通過(guò)PWM信號(hào)打開和關(guān)閉。變壓器的極性通常是向上翻轉(zhuǎn)的，這樣一旦晶體管打開，初級(jí)繞組中就會(huì)有電流流動(dòng)，但是，第二個(gè)二極管是反向偏置的，所以這個(gè)繞組中沒(méi)有電流流動(dòng)。

注意，能量將存儲(chǔ)在變壓器內(nèi)，直到晶體管關(guān)閉。因此，存儲(chǔ)的能量將產(chǎn)生電流，從而使二極管可以正向偏置，從而對(duì)其進(jìn)行整流以產(chǎn)生直流輸出。

反激式轉(zhuǎn)換器用于使用少量功率的電視機(jī)、手機(jī)充電器、計(jì)算機(jī)、CRT中的高壓電源、激光器、復(fù)印機(jī)、氙氣手電筒等。

耦合電感器和變壓器的區(qū)別

耦合電感器和變壓器的主要區(qū)別包括以下幾個(gè)方面內(nèi)容：

耦合電感器的優(yōu)缺點(diǎn)

耦合電感器的優(yōu)點(diǎn)包括以下幾方面內(nèi)容：

電流紋波可顯著降低

電壓轉(zhuǎn)換。

電路阻抗可以改變。

電流隔離

開關(guān)電源包括多相轉(zhuǎn)換器、SEPIC轉(zhuǎn)換器、電流隔離轉(zhuǎn)換器和降低硬開關(guān)負(fù)特性的特殊轉(zhuǎn)換器電路。

耦合電感器的缺點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面內(nèi)容：

損失略高

反激式轉(zhuǎn)換器內(nèi)的非理想操作

耦合電感器的電流規(guī)格將根據(jù)其串聯(lián)或并聯(lián)的繞組而變化。

耦合電感的應(yīng)用

耦合電感器的應(yīng)用包括以下幾個(gè)方面內(nèi)容：

用于電氣應(yīng)用

用于基于功率轉(zhuǎn)換的電路，如SEPIC、反激、ZETA、Fly-Buck、Cuk和多相拓?fù)洹?/p>

允許增加或減少電流和電壓。

用于在整個(gè)電路中傳輸阻抗

用于將兩個(gè)電路彼此電氣隔離。

耦合電感器的繞組可以以不同的配置連接用于不同的目的。

耦合電感器的繞組可以單獨(dú)連接到電路，以使用共模扼流圈和隔離變壓器。

總結(jié)

以上就是關(guān)于耦合電感器工作原理、電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用特性相關(guān)內(nèi)容，其實(shí)耦合電感器用于DC-DC轉(zhuǎn)換器，用于通過(guò)公共鐵芯將一個(gè)繞組能量傳輸?shù)搅硪粋€(gè)繞組。它們以不同的尺寸、額定電流、電感值和磁屏蔽形式存在，以實(shí)現(xiàn)低 EMI(電磁干擾)。

另外，耦合電感繞組可能具有1:1等效匝數(shù)比或1:N非等效匝數(shù)比。