1共模電感原理

 

在zai介jie紹shao共gong模mo電dian感gan之zhi前qian先xian介jie紹shao扼e流liu圈quan


，扼e流liu圈quan是shi一yi種zhong用yong來lai減jian弱ruo電dian路lu裏li麵mian高gao頻pin電dian流liu的de低di阻zu抗kang線xian圈quan。為wei了le提ti高gao其qi電dian感gan扼e流liu圈quan通tong常chang有you一yi軟ruan磁ci材cai料liao製zhi的de核he心xin。共gong模mo扼e流liu圈quan有you多duo個ge同tong樣yang的de線xian圈quan，電dian流liu在zai這zhe些xie線xian圈quan裏li反fan向xiang流liu，因yin此ci在zai扼e流liu圈quan的de芯xin裏li磁ci場chang抵di消xiao。共模扼流圈常被用來壓抑幹擾輻射
，因為這樣的幹擾電流在不同的線圈裏反向，提高係統的EMC。對於這樣的電流共模扼流圈的電感非常高。共模電感的電路圖如圖1所示。

 

 

gongmoxinhaohechamoxinhaozhishiyigexiangduiliang
，gongmoxinhaoyouchenggongmozaoshenghuozhechengduidizaosheng
，zhilianggenxianfenbieduididezaosheng，duiyukaiguandianyuandeshurulvboqieryan，shilingxianhehuoxianfenbieduidadidedianxinhao。suiranlingxianhehuoxiandoumeiyouzhijiehedadixianglian，danshilingxianhehuoxiankeyifenbietongguodianlubanshangdejishengdianronghuozhezasandianrongyouhuozhejishengdiangandenglaihedadixianglian。chamoxinhaoshizhilianggenxianzhijiedexinhaochazhiyekeyichengzhiweidianshicha。

 

假設有兩個信號V1
、V2

 

共模信號就為（V1+V2）/2

 

差模信號就為：對於V1 （V1-V2）/2

；對於V2 -（V1-V2）/2

 

共模信號特點：幅度相等
、相位相同的信號。

 

差模信號特點：幅度相等、相位相反的信號。

 

如圖2所示為差模信號和共模信號的示意圖。

 

 

圖2差模信號和共模信號示意圖

 

2 差模噪聲和共模噪聲主要來源

 

對於開關電源而言，如果整流橋後的儲能濾波大電容為理想電容，即等效串聯電阻為零（忽略所有電容寄生參數），則ze輸shu入ru到dao電dian源yuan的de所suo有you可ke能neng的de差cha模mo噪zao聲sheng源yuan都dou會hui被bei該gai電dian容rong完wan全quan旁pang路lu或huo解jie耦ou，可ke是shi大da容rong量liang電dian容rong的de等deng效xiao串chuan聯lian電dian阻zu並bing非fei為wei零ling。因yin此ci，輸shu入ru電dian容rong的de等deng效xiao串chuan聯lian電dian阻zu是shi從cong差cha模mo噪zao聲sheng發fa生sheng器qi看kan進jin去qu的de阻zu抗kangZdm的(de)主(zhu)要(yao)部(bu)分(fen)。輸(shu)入(ru)電(dian)容(rong)除(chu)了(le)承(cheng)受(shou)從(cong)電(dian)源(yuan)線(xian)流(liu)入(ru)的(de)工(gong)作(zuo)電(dian)流(liu)外(wai)，還(hai)要(yao)提(ti)供(gong)開(kai)關(guan)管(guan)所(suo)需(xu)的(de)高(gao)頻(pin)脈(mai)衝(chong)電(dian)流(liu)
，但(dan)無(wu)論(lun)如(ru)何(he)
，電(dian)流(liu)流(liu)經(jing)電(dian)阻(zu)必(bi)然(ran)產(chan)生(sheng)壓(ya)降(jiang)，如(ru)電(dian)容(rong)的(de)等(deng)效(xiao)串(chuan)聯(lian)電(dian)阻(zu)，所(suo)以(yi)輸(shu)入(ru)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)兩(liang)端(duan)會(hui)出(chu)現(xian)高(gao)頻(pin)電(dian)壓(ya)紋(wen)波(bo)，高(gao)頻(pin)高(gao)壓(ya)紋(wen)波(bo)就(jiu)是(shi)來(lai)自(zi)於(yu)差(cha)模(mo)電(dian)流(liu)。它(ta)基(ji)本(ben)上(shang)是(shi)一(yi)個(ge)電(dian)壓(ya)源(yuan)（由等效串聯電阻導致的）。理li論lun上shang，整zheng流liu橋qiao導dao通tong時shi，該gai高gao頻pin紋wen波bo噪zao聲sheng應ying該gai僅jin出chu現xian在zai整zheng流liu橋qiao輸shu入ru側ce。事shi實shi上shang，整zheng流liu橋qiao關guan斷duan時shi，噪zao聲sheng會hui通tong過guo整zheng流liu橋qiao二er極ji管guan的de寄ji生sheng電dian容rong泄xie露lu。

 

高頻電流流入機殼有許多偶然的路徑。當開關電源中的主開關管的漏極高低跳變時，電流流經開關管與散熱器之間的寄生電容（散熱器連接至外殼或者散熱器就是外殼）。在交流電網電流保持整流橋導通時，注入機殼的噪聲遭遇幾乎相等的阻抗，因此等量流入零線和火線。因此，這是純共模噪聲。

 

3 共模電感如何抑製共模信號

 

目前已經知道共模信號是兩個幅度相等、相位相同的信號，共模信號一般來自電網，共模信號會影響電路板的正常工作，也會以電磁波的形式幹擾周圍環境。

 

既然是用電感來抑製共模信號，那麼這肯定和磁場相關。先來介紹通電螺線感，產生的磁場的方向（對(dui)於(yu)項(xiang)目(mu)應(ying)用(yong)而(er)言(yan)，有(you)些(xie)場(chang)合(he)比(bi)如(ru)抑(yi)製(zhi)共(gong)模(mo)信(xin)號(hao)而(er)言(yan)

，不(bu)太(tai)需(xu)要(yao)定(ding)量(liang)的(de)計(ji)算(suan)
，電(dian)感(gan)產(chan)生(sheng)的(de)磁(ci)場(chang)以(yi)及(ji)磁(ci)通(tong)量(liang)的(de)大(da)小(xiao)，感(gan)興(xing)趣(qu)的(de)童(tong)鞋(xie)，這(zhe)裏(li)推(tui)薦(jian)一(yi)本(ben)書(shu)可(ke)以(yi)參(can)考(kao)，<<開關電源中磁性元器件>>趙修科老師）。duiyutongdianluoxianguandecichangfangxiangpanduanfangfawei，youshouwozhuluoguan
，sizhizhixiangdianliufangxiang，zemuzhizhixiangjiushicichangfangxiang。jiexialaijieshaoyigezhongyaodemingci，jicitong。chuizhitongguoyigejiemiandecilixianzongliangchengweigaijiemiandecitongliang
，jianchengcitong。cilixianshitongdianluoxianguanchanshengde，shishijicunzaide，zhishikanbujianyemobuzhe，cilixianshiyigebihedehuilu，duiyutongdianluoxianguan，cilixiandouyaojingguoluoxianguanneibu
，cilixianshiyuciganyingqiangduB成正比的。如圖3所示為通電螺線管產生磁力線的示意圖。

 

圖3 螺線管磁力線

 

如圖4所示為
，穿過某一截麵的磁通

 

圖4 穿過截麵的磁通

 

磁通量用F表示，是一個標量，單位為韋伯
，代號Wb。磁通量和磁感應強度B以及截麵積A的關係為：

 

F=BA

 

從關係式可以看出，穿過橫截麵的磁力線越多，磁通量就越大。對於繞在磁芯上的線圈，在其上通電流i
，則線圈的電感L可以表示為：

 

L=NF/i

 

N為線圈匝數。

 

到dao此ci為wei止zhi，通tong過guo上shang述shu的de簡jian要yao概gai述shu，可ke以yi知zhi道dao
，繞rao在zai磁ci芯xin上shang的de線xian圈quan在zai匝za數shu和he電dian流liu不bu變bian時shi
，磁ci芯xin中zhong穿chuan過guo的de磁ci力li線xian越yue多duo，那na麼me磁ci通tong量liang就jiu越yue大da，則ze相xiang對dui應ying的de電dian感gan量liang也ye越yue大da。電dian感gan天tian生sheng的de作zuo用yong就jiu是shi阻zu止zhi流liu過guo其qi上shang電dian流liu的de變bian化hua，其qi實shi質zhi是shi阻zu止zhi其qi磁ci通tong量liang的de變bian化hua。這zhe就jiu是shi利li用yong共gong模mo電dian感gan來lai抑yi製zhi共gong模mo電dian流liu的de基ji本ben原yuan理li。

 

如圖5所示為，共模電流在共模電感上產生的磁感應強度，電流I1產生的磁感應強度為B1
，電流I2產生的磁感應強度為B2，兩條黃色箭頭分別表示電流I1和I2在鐵氧體中產生的磁力線

，可以看出電流I1和I2產生的磁力線是相加的，故磁通也是相加的，那麼電感量就是相加的，電感量越大，對電流的抑製能力就越強。

 

圖5共模電流在共模電感上的磁通分布

 

duiyugongmodianganruheyizhigongmodianliuyongyijuhuakeyijieshi，jigongmodianganshangliuguogongmodianliushicihuanzhongdecitongxianghudiejia，congerjuyouxiangdangdadedianganliang，duigongmodianliuqidaoyizhizuoyong。

 

當兩個線圈流過差模電流時，鐵氧體磁環中的磁力線相反，導致磁通相互抵消，幾乎沒有電感量
，所以差模信號可以基本無衰減的通過（考慮到電感本身具有一定的電阻）。所suo以yi不bu僅jin對dui於yu開kai關guan電dian源yuan的de輸shu入ru濾lv波bo器qi加jia共gong模mo電dian感gan
，在zai走zou差cha分fen信xin號hao線xian時shi也ye可ke以yi加jia上shang共gong模mo電dian感gan來lai抑yi製zhi共gong模mo電dian流liu
，以yi防fang止zhi電dian路lu誤wu觸chu發fa等deng現xian象xiang。

 

4共模電感選取

 

根據共模電感的額定電流
、直流電阻以及額定頻率下阻抗值要求，可以按步驟進行設計：

 

1 根據阻抗值計算最小電感值

 

2 選擇共模電感磁芯材料以及磁芯尺寸

 

3 確定線圈匝數

 

4 選擇導線

 

共模電感最小電感值計算公式：

 

 

Xl為頻率為f時的阻抗值

 

扼流圈電感值是用負載（單位：Ohms）除以信號開始衰減時的角頻率或以上頻率。例如
，在50Ω的負載中，當頻率達到4000 Hz 或以上時信號開始衰減
，則需要使用1.99 mH （50/2π×4000））的電感。其相應的共模濾波器構造，如下圖6所示：

 

 

選擇所需濾波的頻段，共模阻抗越大越好，因此在選擇共模電感時需要看器件資料，主要根據阻抗頻率曲線選擇。

 

電感量計算出來後和普通設計電感一樣，在此就不詳細展開。

 

自己在繞製電感時要注意些事項，

 

1）繞製在線圈磁芯上的導線要相互絕緣，以保證在瞬時過電壓作用下線圈的匝間不發生擊穿短路。

 

2）當線圈流過瞬時大電流時，磁芯不要出現飽和。

 

3）線圈中的磁芯應與線圈絕緣
，以防止在瞬時過電壓作用下兩者之間發生擊穿。

 

4）線圈應盡可能繞製單層，這樣做可減小線圈的寄生電容，增強線圈對瞬時過電壓的而授能力

 

共模電感磁芯的選取磁芯時
，形狀尺寸、適用頻段、溫升以及價格都要考慮
，常用的磁芯為U型
、E型和環形。

 

相(xiang)對(dui)而(er)言(yan)，環(huan)形(xing)磁(ci)芯(xin)比(bi)較(jiao)便(bian)宜(yi)，因(yin)為(wei)環(huan)形(xing)隻(zhi)有(you)一(yi)個(ge)就(jiu)可(ke)製(zhi)作(zuo)。而(er)其(qi)他(ta)形(xing)狀(zhuang)的(de)磁(ci)芯(xin)必(bi)須(xu)有(you)一(yi)對(dui)才(cai)能(neng)為(wei)共(gong)模(mo)電(dian)感(gan)所(suo)用(yong)，且(qie)在(zai)成(cheng)型(xing)時(shi)，考(kao)慮(lv)兩(liang)磁(ci)芯(xin)的(de)配(pei)對(dui)問(wen)題(ti)，還(hai)須(xu)增(zeng)加(jia)研(yan)磨(mo)工(gong)序(xu)才(cai)能(neng)得(de)到(dao)較(jiao)高(gao)的(de)磁(ci)導(dao)率(lv)，對(dui)於(yu)環(huan)形(xing)磁(ci)芯(xin)卻(que)不(bu)需(xu)如(ru)此(ci)
；

 

yuqitaxingzhuangcixinxiangbihuanxingcixinyoujiaogaodeyouxiaocidaolv，yinweiliangpeiduicixinzaizhuangpeishi，wulunzenyangzuoyedoubukexiaochuqixidexianxiang，guyouxiaocidaolvbidanyifengbixingcixinyaodi。danhuanxingcixinraoxianchengbenjiaogao
，yinqitaxingzhuangcixinyouyipeitaoxianjiazaishiyong
，raoxiankeyijiqizuoye，erhuanxingcixinzhikeyishougongzuoyehuojiqi（速度較低）作業；且磁環孔徑小，機器難以穿線，需要人工去繞，費時費力，加工成本高，效率低；安(an)裝(zhuang)不(bu)便(bian)

，若(ruo)是(shi)加(jia)底(di)座(zuo)，則(ze)成(cheng)本(ben)會(hui)上(shang)升(sheng)。綜(zong)合(he)性(xing)能(neng)比(bi)起(qi)來(lai)，磁(ci)環(huan)性(xing)能(neng)較(jiao)好(hao)，價(jia)格(ge)也(ye)較(jiao)高(gao)。因(yin)為(wei)成(cheng)本(ben)的(de)因(yin)素(su)
，磁(ci)環(huan)大(da)多(duo)用(yong)在(zai)大(da)功(gong)率(lv)的(de)電(dian)源(yuan)上(shang)。

 

當dang然ran因yin為wei體ti積ji小xiao
，對dui體ti積ji有you要yao求qiu的de小xiao功gong率lv電dian源yuan，可ke以yi采cai用yong磁ci環huan磁ci芯xin。對dui於yu主zhu要yao作zuo用yong是shi濾lv除chu低di頻pin噪zao聲sheng的de共gong模mo電dian感gan，應ying當dang選xuan用yong高gao磁ci導dao率lv的de錳meng鋅xin鐵tie氧yang體ti磁ci芯xin；xiangfan，yinggaixuanyongshiyongyugaopindeniexintieyangticixinhuocifenxincixin。tongchangshiyongyugaopindecixin，yinqijuyoufenbushiqixi，gucidaolvxiangduijiaodi
，erzhebukejiande。buguo，yuputongdianganqibutongdeshi

，gongmodiangandezuoyongshiduizaoshengxinhaoxingchengjiaodadecharusunhao
，yijianxiaozaoshengganrao。mengxintieyangtizaigaopinshi
，suiranqiyouxiaocidaolvhenxiao
，dancixinsunhaosuipinlvzengjiaerzengda，duigaopinzaoshengyoujiaodadezuaizuoyong，suoyiyenengjianruogaopinganrao
，zhishixiaoguoxiangduijiaocha。raner，jiaodadecixinsunhaohuidaozhicixinfare，ersunhaojiaoxiaodecixinjiageyejiaogao。

 

 

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