耦合电感器的定义及工作原理

电感器是一个两端电气元件，一旦电流通过它，它就用于在磁场中存储能量，也被称为扼流圈、线圈或电抗器。通常情况下，电感器包括缠绕成线圈的绝缘线。一对电感器称为耦合电感器，用于使用公共磁芯将能量从一个绕组传输到另一个绕组。在本文中，小编将简单介绍下耦合电感器的工作原理、电路设计与应用特性。

耦合电感器的定义

耦合电感器是指两个线圈或电感器的连接可以通过电磁感应完成。每当交流流过初级线圈时，线圈将建立一个连接到次级线圈的磁场并在线圈内感应出电压。从一个电感器到另一个电感器的感应电压现象称为互感。

耦合电感器主要用作变压器、电子电路和配电系统的重要部件。一对耦合电感器可以通过三个参数来表示，例如 L1、L2自感和互感。耦合电感符号如下所示：

耦合电感方程

与其它电路相比，包含耦合电感器的电路更复杂，因为线圈的电压可以简单地用它们的电流来表示。

在上述耦合电感电路中，L1和L2等两个线圈非常靠近。由于“i1”电流流过初级线圈“L1”，可以感应出磁通量，然后将其转移到次级线圈L2。当“V1”电压施加到初级线圈“L1”时，“i1”电流将开始流经线圈L1。因此，电流变化率将产生一个磁通量来供应整个磁芯并在次级线圈“L2”内产生一个电压。

在初级线圈“L1”中，电流的变化率也改变了通量，这进一步控制了次级线圈“L2”内的感应电压。因此，可以使用以下公式计算初级线圈“L1”内的感应电压：

V1 = M {di2(t)/dt}

从上面的“V1”方程，互感“M”主要负责在两个独立电路中相互感应的电压。所以，这个互感(M)就是比例系数。类似地，对于第一个“L2”线圈，由于“L2”线圈的互感而产生的互感电压可以表示为

V2 = M {di1(t)/dt}

与电感类似，互感 (M) 也可以用亨利测量。因此，最高互感值可以表示为√L1L2。当电感通过电流的变化率感应电压时，互感 (M) 也会感应出一个电压，称为互电压M(di/dt)。当，这种互电压是正(+ve)还是负(-ve)，主要取决于电感器的结构和电流方向。

同名端(DOT Convention)

互感电压的极性可以通过Dot Convention等基本工具确定。在点转换中，“dot”标记符号看起来像一个圆形，主要用于相互耦合电路中的两个线圈端。因此，这个点符号提供了有关其磁芯区域绕组结构的数据。

在上述同名端电路中，电感器L1和L2是相互耦合的。V1和V2电压是在两个L1和L2电感器上产生的，这是电流流入虚线端子上的两个电感器的结果。假设两个电感的互感为M，则感应的电压可以使用以下公式计算。

对于初级电感“L1”，感应电压“V1”为：V1 = L1(di1/dt) ± M(di2/dt)

对于次级电感“L2”，感应电压“V2”为：V2 = L2(di2/dt) ± M(di1/dt)

因此，上述电路包含两种感应电压，一种是自感感应电压，一种是互感感应电压。

基于自感感应的电压可以用公式V = L(di/dt) 计算为正 (+ve)，但相互感应的电压可以为负 (-ve) 或正 (+ve) ) 基于绕组的结构和电流。这里，dot是用于确定互感电压极性的重要参数。

耦合电感器分析与设计原理

耦合电感器的设计和分析可以通过使用下面的反激式转换器电路来完成。该电路可以用基本的电子元件构建，如耦合电感器(反激变压器)、二极管、电容器等。

反激式转换器电路是一种电源拓扑结构，它使用耦合电感器在整个电流供应后存储能量，一旦电源断开，能量将被释放。这些转换器在设计和性能上与升压转换器有关，除了变压器的初级绕组可以用电感器代替，而次级绕组提供o/p。反激布置中的两个绕组都用作两个独立的电感器。

反激式逆变器电路如下图所示。电路中的回扫变压器是一个耦合电感器，包括一个有间隙的磁芯。在每个周期中，一旦向变压器的初级绕组提供输入电压，能量就可以存储在磁芯间隙内。之后，能量被传送到次级绕组，为负载提供能量。这些变压器主要用于反激式转换器，以提供电压转换和电路隔离。

反激式转换器的原理是，当流过电感器的电流被禁用时，存储在磁场中的能量可以通过突然反转端电压来释放。电路中的反激二极管跨接在一个电感器上，用于消除反激，这意味着一旦负载的电流供应突然中断或减少，就会在负载上看到电压浪涌。该二极管可以是不同名称类型，如换向二极管、缓冲二极管、抑制二极管、续流二极管、钳位二极管。

通常情况下，在反激式转换器电路中使用的开关器件是MOSFET晶体管，它通过PWM信号打开和关闭。变压器的极性通常是向上翻转的，这样一旦晶体管打开，初级绕组中就会有电流流动，但是，第二个二极管是反向偏置的，所以这个绕组中没有电流流动。

注意，能量将存储在变压器内，直到晶体管关闭。因此，存储的能量将产生电流，从而使二极管可以正向偏置，从而对其进行整流以产生直流输出。

反激式转换器用于使用少量功率的电视机、手机充电器、计算机、CRT中的高压电源、激光器、复印机、氙气手电筒等。

耦合电感器和变压器的区别

耦合电感器和变压器的主要区别包括以下几个方面内容：

耦合电感器的优缺点

耦合电感器的优点包括以下几方面内容：

电流纹波可显着降低

电压转换。

电路阻抗可以改变。

电流隔离

开关电源包括多相转换器、SEPIC转换器、电流隔离转换器和降低硬开关负特性的特殊转换器电路。

耦合电感器的缺点包括以下几个方面内容：

损失略高

反激式转换器内的非理想操作

耦合电感器的电流规格将根据其串联或并联的绕组而变化。

耦合电感的应用

耦合电感器的应用包括以下几个方面内容：

用于电气应用

用于基于功率转换的电路，如SEPIC、反激、ZETA、Fly-Buck、Cuk和多相拓扑。

允许增加或减少电流和电压。

用于在整个电路中传输阻抗

用于将两个电路彼此电气隔离。

耦合电感器的绕组可以以不同的配置连接用于不同的目的。

耦合电感器的绕组可以单独连接到电路，以使用共模扼流圈和隔离变压器。

总结

以上就是关于耦合电感器工作原理、电路设计及应用特性相关内容，其实耦合电感器用于DC-DC转换器，用于通过公共铁芯将一个绕组能量传输到另一个绕组。它们以不同的尺寸、额定电流、电感值和磁屏蔽形式存在，以实现低 EMI(电磁干扰)。

另外，耦合电感绕组可能具有1:1等效匝数比或1:N非等效匝数比。