電感器是一個兩端電氣元件，一旦電流通過它，它就用于在磁場中存儲能量，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。一對電感器稱為耦合電感器，用于使用公共磁芯將能量從一個繞組傳輸?shù)搅硪粋€繞組。在本文中，小編將簡單介紹下耦合電感器的工作原理、電路設計與應用特性。

耦合電感器的定義

耦合電感器是指兩個線圈或電感器的連接可以通過電磁感應完成。每當交流流過初級線圈時，線圈將建立一個連接到次級線圈的磁場并在線圈內(nèi)感應出電壓。從一個電感器到另一個電感器的感應電壓現(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。一對耦合電感器可以通過三個參數(shù)來表示，例如 L1、L2自感和互感。耦合電感符號如下所示：

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雜，因為線圈的電壓可以簡單地用它們的電流來表示。

在上述耦合電感電路中，L1和L2等兩個線圈非?？拷Ｓ捎凇癷1”電流流過初級線圈“L1”，可以感應出磁通量，然后將其轉(zhuǎn)移到次級線圈L2。當“V1”電壓施加到初級線圈“L1”時，“i1”電流將開始流經(jīng)線圈L1。因此，電流變化率將產(chǎn)生一個磁通量來供應整個磁芯并在次級線圈“L2”內(nèi)產(chǎn)生一個電壓。

在初級線圈“L1”中，電流的變化率也改變了通量，這進一步控制了次級線圈“L2”內(nèi)的感應電壓。因此，可以使用以下公式計算初級線圈“L1”內(nèi)的感應電壓：

V1 = M {di2(t)/dt}

從上面的“V1”方程，互感“M”主要負責在兩個獨立電路中相互感應的電壓。所以，這個互感(M)就是比例系數(shù)。類似地，對于第一個“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) 也可以用亨利測量。因此，最高互感值可以表示為√L1L2。當電感通過電流的變化率感應電壓時，互感 (M) 也會感應出一個電壓，稱為互電壓M(di/dt)。當，這種互電壓是正(+ve)還是負(-ve)，主要取決于電感器的結構和電流方向。

同名端(DOT Convention)

互感電壓的極性可以通過Dot Convention等基本工具確定。在點轉(zhuǎn)換中，“dot”標記符號看起來像一個圓形，主要用于相互耦合電路中的兩個線圈端。因此，這個點符號提供了有關其磁芯區(qū)域繞組結構的數(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電感器的結果。假設兩個電感的互感為M，則感應的電壓可以使用以下公式計算。

對于初級電感“L1”，感應電壓“V1”為：V1 = L1(di1/dt) ± M(di2/dt)

對于次級電感“L2”，感應電壓“V2”為：V2 = L2(di2/dt) ± M(di1/dt)

因此，上述電路包含兩種感應電壓，一種是自感感應電壓，一種是互感感應電壓。

基于自感感應的電壓可以用公式V = L(di/dt) 計算為正 (+ve)，但相互感應的電壓可以為負 (-ve) 或正 (+ve) ) 基于繞組的結構和電流。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計原理

耦合電感器的設計和分析可以通過使用下面的反激式轉(zhuǎn)換器電路來完成。該電路可以用基本的電子元件構建，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撲結構，它使用耦合電感器在整個電流供應后存儲能量，一旦電源斷開，能量將被釋放。這些轉(zhuǎn)換器在設計和性能上與升壓轉(zhuǎn)換器有關，除了變壓器的初級繞組可以用電感器代替，而次級繞組提供o/p。反激布置中的兩個繞組都用作兩個獨立的電感器。

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耦合電感器，包括一個有間隙的磁芯。在每個周期中，一旦向變壓器的初級繞組提供輸入電壓，能量就可以存儲在磁芯間隙內(nèi)。之后，能量被傳送到次級繞組，為負載提供能量。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，當流過電感器的電流被禁用時，存儲在磁場中的能量可以通過突然反轉(zhuǎn)端電壓來釋放。電路中的反激二極管跨接在一個電感器上，用于消除反激，這意味著一旦負載的電流供應突然中斷或減少，就會在負載上看到電壓浪涌。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器件是MOSFET晶體管，它通過PWM信號打開和關閉。變壓器的極性通常是向上翻轉(zhuǎn)的，這樣一旦晶體管打開，初級繞組中就會有電流流動，但是，第二個二極管是反向偏置的，所以這個繞組中沒有電流流動。

注意，能量將存儲在變壓器內(nèi)，直到晶體管關閉。因此，存儲的能量將產(chǎn)生電流，從而使二極管可以正向偏置，從而對其進行整流以產(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、手機充電器、計算機、CRT中的高壓電源、激光器、復印機、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)別包括以下幾個方面內(nèi)容：

耦合電感器的優(yōu)缺點

耦合電感器的優(yōu)點包括以下幾方面內(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)換器和降低硬開關負特性的特殊轉(zhuǎn)換器電路。

耦合電感器的缺點包括以下幾個方面內(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。

耦合電感的應用

耦合電感器的應用包括以下幾個方面內(nèi)容：

用于電氣應用

用于基于功率轉(zhuǎn)換的電路，如SEPIC、反激、ZETA、Fly-Buck、Cuk和多相拓撲。

允許增加或減少電流和電壓。

用于在整個電路中傳輸阻抗

用于將兩個電路彼此電氣隔離。

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連接到電路，以使用共模扼流圈和隔離變壓器。

總結

以上就是關于耦合電感器工作原理、電路設計及應用特性相關內(nèi)容，其實耦合電感器用于DC-DC轉(zhuǎn)換器，用于通過公共鐵芯將一個繞組能量傳輸?shù)搅硪粋€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。