TDK 推出用于先进电力电子器件的紧凑型 1250V 高压共模扼流圈

TDK 推出了 B82722V6*B040 系列高压电流补偿环芯双扼流圈，适用于紧凑型电力电子器件中高达 1250 V (630 V AC) 的直流母线电压。

高压共模扼流圈组件面向电源转换器、工业电机驱动器和开关模式电源，这些电源越来越多地使用 SiC 和 GaN 功率半导体，并在升高的直流总线电压下运行，其中 EMI 抑制、绝缘协调和 PCB 空间都是关键的设计限制。

主要功能和优点

该系列旨在将非常高的电压能力与较小的垂直占地面积相结合，从而更容易实现高压架构，而无需扩大滤波器面积。

• 电压和绝缘
  • 主要设计用于高达 1250 V 的直流电压和 50/60 Hz 时高达 630 V 的交流电压。
  • 采用多层固体绝缘，并在 3,750 V 线对线电压下进行测试，可在高压系统中实现可靠的电气隔离。
• 紧凑的机械设计
  • 采用垂直通孔封装时，每个扼流圈的尺寸约为 23 × 15.5 × 24 毫米（长 × 宽 × 高）。
  • 环芯双扼流结构和塑料接头可提供机械稳定性，同时保持较小的 PCB 占地面积。
• 电气范围
  • 标称电感选项范围为 3.3 mH 至 22 mH，容差为 −30/+50%。
  • +70 °C 时的额定电流为 0.85 A 至 3.0 A，可在衰减和电流能力之间进行权衡。
• EMI 性能
  • 特殊的自动绕线技术可产生高谐振频率特性，这对于具有 SiC/GaN 开关快速边沿的转换器非常重要。
  • 典型杂散电感约为标称电感的 0.6%，提供一定的对称模（差模）阻抗，同时保持主要功能集中于共模抑制。
• 安全与合规性
  • 环氧树脂涂层铁氧体磁芯和符合 UL 94 V-0 标准的塑料接头支持防火安全和坚固性。
  • 该设计满足 EMI 扼流圈和滤波器的 IEC 60938-2 和 IEC/UL 60939-3 要求，并且符合 RoHS 标准。
  • 组件适合波峰焊，适合标准 THT 生产线。

对于设计工程师来说，最终效果是一个即用型高压共模扼流圈，它足够小，适合密集布局，但仍具有明确的绝缘和测试水平。对于购买者来说，多种电气型号的统一外形简化了同一系列内的库存和二次采购。

典型应用

TDK 明确将共模干扰抑制、紧凑型开关模式应用和变频器列为 B82722V6*B040 系列的主要应用。在实践中，这会转化为几个具体的用例。

在高压 DC/DC 和 AC/DC 转换器中，尤其是中间直流链路电压约为 800–1250 V 的转换器中，这些扼流圈可放置在直流总线线路中，作为输入或输出 EMI 滤波器的一部分。它们有助于减少返回电源或耦合到敏感控制电路的共模噪声，这在 SiC 或 GaN 功率级产生陡峭的 dv/dt 转换时尤为重要。

在工业电机驱动器和变频器中，扼流圈可用于逆变器侧或直流母线附近，以限制共模电流，否则会导致不必要的发射、漏电流或电机绝缘和电缆系统上的额外应力。紧凑的垂直格式在拥挤的驱动柜中具有优势，其中电路板面积稀缺，但额外几毫米的高度是可以接受的。

在用于工业、电信或服务器电源的紧凑型 SMPS 中，高总线电压能力、小尺寸和高频行为的结合使扼流圈能够与 X 电容器、Y 电容器和可选差模扼流圈一起用作多级 EMI 滤波器中的核心共模元件。

技术亮点

下表总结了 B82722V6*B040 系列六种成员的关键电气数据。

订购代码 +70 °C 时的额定电流 (A) 标称电感（mH，−30/+50%） 杂散电感典型值（微亨） 直流电阻典型值（毫欧） B82722V6851B0400.8522130550B82722V6112B0401.11592320B82722V6152B0401.5106118 8B82722V6202B0402.06.840115B82722V6252B0402.54.72876B82722V6302B0403.03.32053

随着电流能力从 0.85 A 增加到 3.0 A，标称电感从 22 mH 减少到 3.3 mH，同时直流电阻也减少。这是电流补偿扼流圈的典型权衡：电流较大的器件提供较低的阻抗，但损耗较低，热裕度较高；较低电流的设备提供较高的阻抗，但必须承载较小的电流。杂散电感值再次确认了该系列中与标称电感的大约 0.6% 的比率。

在机械方面，所有变体都共享相同的垂直、环氧树脂涂层环形磁芯和塑料接头，这简化了 PCB 设计，因为一个占位面积支持所有六种电气选项。这些扼流圈适用于波峰焊接，这在使用大型电容器、变压器和其他通孔元件的电力电子组件中仍然很常见。

工程师的设计说明

对于实际设计，考虑滤波器性能、热限制以及布局和安全性通常很有帮助。以下几点总结了每个领域的关键方面。

• 选择正确的变体
  • 从主要干扰频率下所需的共模阻抗开始，然后选择即使在 -30% 容差限制下也能提供足够余量的电感值。
  • 将 +70 °C 时的额定电流与线路中最坏情况下的 RMS 电流相匹配，包括预期的过载和环境温度条件。
  • 当衰减至关重要且电流适中时，使用较高电感/较低电流的部件；使用较低电感/较高电流类型，其中传导损耗和温升占主导地位。
• EMI 行为以及与滤波器其余部分的交互
  • 绕组结构的高谐振频率对于具有大量高频内容的 SiC/GaN 转换器来说是有利的，但这也意味着应检查与 Y 电容器、X 电容器和缓冲器的相互作用，以避免不必要的谐振。
  • 大约。 0.6% 的杂散电感增加了一个小但非零的差模分量；在简单的滤波器中，这通常是有益的，但在严格的设计中，它应该包含在模拟或计算中。
• 热和机械考虑因素
  • 确认铜损 (I²R) 以及高频电流产生的任何额外损耗在整个工作温度范围内保持在可接受的限度内。
  • 即使环氧树脂涂层的核心和塑料接头已经提供了坚固的结构，也要确保足够的垂直间隙，并在系统受到振动时考虑机械固定。
• 布局、安全和标准
  • 将扼流圈放置在噪声入口/出口点附近（例如连接器或直流链路节点附近），并将两条线路在磁芯前后紧密布线，以最大限度地减少环路面积。
  • 使敏感信号走线远离扼流圈，以避免不必要的耦合。
  • 根据相关设备标准，使用 3,750 V 线间测试级别和 IEC 60938-2 / IEC/UL 60939-3 分类作为组件侧的输入，验证引脚周围以及隔离域之间的爬电距离和间隙距离。

总体而言，B82722V6*B040 系列提供了一种在紧凑型电源转换器中实现高压共模滤波的简单方法，特别是在 SiC 和 GaN 开关 需要更强大的 EMI 控制而不牺牲电路板空间。

来源

本文基于 TDK Electronics B82722V6*B040 高压共模扼流圈系列的官方新闻稿以及 TDK Electronics 网站上提供的相关技术信息，以及旨在支持高压转换器和驱动应用的设计导入和组件选择的附加独立评论。

参考文献

1. TDK 新闻稿 – 采用新型高压共模扼流圈的紧凑型 1250 V DC 转换器设计
2. TDK 产品类别 – 电源线扼流圈
3. 新闻稿 PDF – 技术细节