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功率变j曼器磁性器件磁场近场效应分析 功率变换器磁性器件磁场近场效应分析 杨海军．陈为，卢增艺 福州大学电气工程与自动化学院．福州350108 gom E-mail：songli哪vy@)63 的m离越来越紧凄致密，使得各i8件之问电场和磁场的措☆教＆咀电Ⅸ％射的影自越丰越^．论女Ⅲ^*Ⅱ功率§换％＆蝎近场#＆盟 *键月功率女换8mi件t＆场m％t* 1引言 按月常规定义：测定点到场潭的口离F刮h的匡域称为近场刚“(其中^代表电磁渡的波长)，此时场的主要特性是强鹰％距离 一般Ⅲj扶方或=淡方关系衰减，日没有发生电磁辐射的波现象。在功卑变瞻#中，各种PCB布线和i器件．尤其是磁性“件。I 作在高顿的电压和电流撒励F，导体和磁芯存在着电位和礁场分布．从而在其周国f可避免地存在电磁场的泄祸。m在高频情况T． 泄漏的电礁场就会与周围的导电或导磁体产生高额耦台效＆。因此近场效应主要足电碰耦音．近场X可细分为电场近场∞磁场近蛹． 在功率变换镕中．通常两者都足月时存在的．统称为电磁场近场．只是在不同的塥合可能以某种场为土而有所E别．现代电力电子 酃W限定在近场R范帛自考虑。封f电场n场耦台敬廊，主要研究集中存近场的分布电窑效应对共模干扰的分析和抑制。枉过去n f年的电力电子发展历程中．许多学者已§对功率变换#中存在的电场近场耦台和磁场近场耦台技应进行，多方面的研州1‘“J．本文 将主要论述目前磁场近蜗耦合方面的些研究成果．以及磁场泄漏的屏蔽，抻制和利用，井指明融场近场研究的赢望． 2磁场近场泄渭的危害 电场近墙教应E要体现在菇接干扰L．而磁墒近场效应璺№电局近场效＆的内容丰富的多。在功率变按#中，磁场《场效应的 E害主要件现在吐下几个方面； m高敬谐波越场泄漏将产生射颠f扰．从而严重影响电力电于装置的RE屯碱兼容性。 f2l通过近场碰耦台．使得难性元件问产生屯碰噪声耦合．直接蟛成空间噪声耦台通道．遗成CEr扰问题。 (3)磁场泄漏会在周用的导电和导磁物体(如外壳．敞热器，电窖器盘属膜等)J。产生涡流效应，造成导体或嚣件笈热-增大担耗+ 降低I作目鞋性． H斌场批滑对器r}奉身同样也会产生额外的损耗，影响功率变换嚣的教率。 f5)醴局近场效应还台带来，L％件分布参数∞政变，影响电路的I作性能。 3磁性元件典型磁场近场举例 在功率变换器中，碰性元件的种类撇多．结构各异．磁场蚯场分布模式有很大不同．T解磁性月件的磁场泄漏模式和碰场方自 对电路元件的位置和朝向布月有很大的参考意义。吼下月足列出四十典型的碰性元件近岛汕漏情况。 卜 圈l共模电感中通过差模信}时碰墒丹布 阁2铁氧体电礴的气隙磁通扩散 圈3鼓彤屯瞎的磁场分布图 3l共模电j尊嚣 共模电感器的基本结构为在一个高m导率环形铣氧件磁芯上绕制两组对称的绕m而成，考虑到壹规要求．两个绕组*须丹开 定的距离。当共模干扰信号通过此电感时．两个绕组产生相同方向∞磁通．叠加在起!现较大的电巷量．对共模r扰信号有根好 朐抑制作月。Ⅲ当差模信号a过时，自于两线圈产生的碰通相Ⅱ抵消．则B然在空间中*成礁场分布．遗成磁场虹场翦应。圉I为 共攘电盛±通过差模下扰信号时P生的碰墒分布罔．“图中日看出．其磁力线沿两十线嘲的对称轴(即Y轴l两侧对称分布．ⅪY％ ·422· 莞十八届全围电器技术年会论文肇 方目的磁场相对较羁。而沿X轴方向的磁场剧较强． 32带气障铁氧体氆芯 由于铁氧件融#损耗比磁糟菩小，在高频情况下得到T广泛应删。采用铁氧体磁苍制成功率电感，需要加气辕。通常情况下． 气随放在磁芯中柱上。艘绕组包围。磁场挫精鞍小。但对于某些特定的应用塥合，气障会选择布置在边柱上．这时由于气障端面存 在磁压降，在气隙周同的空间就台有碰场泄舔．如图2所示。幽图日知．其扩散磁通基本以气隙为中心．向周围空问以半圆戚半椭 圆方式扩散开击。 33鼓形／柱形碰芯 对于输出噪声抑制电感．南于I作电流大．一般鬻用磁路结构，如鼓形或柱形融甚电感，目此不日疆免地存在较大范围的碰 场泄漏。其磁场丹布如削3所示。如果牧有足档的净空距离或不采取屏蔽