共模電感和差模電感

 

通常，計算漏感的辦法是假定它為共模電感的1%，實際上漏感為共模電感的 0.5% ～ 4%之間。在設計最優性能的扼流圈時，這個誤差的影響可能是不容忽視的。

 

漏感的重要性

 

漏感是如何形成的呢？緊密繞製，且繞滿一周的環形線圈，即使沒有磁芯，其所有磁通都集中在線圈“芯”內(nei)。但(dan)是(shi)，如(ru)果(guo)環(huan)形(xing)線(xian)圈(quan)沒(mei)有(you)繞(rao)滿(man)一(yi)周(zhou)，或(huo)者(zhe)繞(rao)製(zhi)不(bu)緊(jin)密(mi)，那(na)麼(me)磁(ci)通(tong)就(jiu)會(hui)從(cong)芯(xin)中(zhong)泄(xie)漏(lou)出(chu)來(lai)。這(zhe)種(zhong)效(xiao)應(ying)與(yu)線(xian)匝(za)間(jian)的(de)相(xiang)對(dui)距(ju)離(li)和(he)螺(luo)旋(xuan)管(guan)芯(xin)體(ti)的(de)磁(ci)導(dao)率(lv)成(cheng)正(zheng)比(bi)。共(gong)模(mo)扼(e)流(liu)圈(quan)有(you)兩(liang)個(ge)繞(rao)組(zu)
，這(zhe)兩(liang)個(ge)繞(rao)組(zu)被(bei)設(she)計(ji)成(cheng)使(shi)它(ta)們(men)所(suo)流(liu)過(guo)的(de)電(dian)流(liu)沿(yan)線(xian)圈(quan)芯(xin)傳(chuan)導(dao)時(shi)方(fang)向(xiang)相(xiang)反(fan)，從(cong)而(er)使(shi)磁(ci)場(chang)為(wei)0。如果為了安全起見，芯體上的線圈不是雙線繞製
，這樣兩個繞組之間就有相當大的間隙
，自然就引起磁通“泄漏”，這即是說
，磁場在所關心的各個點上並非真正為0。共gong模mo扼e流liu圈quan的de漏lou感gan是shi差cha模mo電dian感gan。事shi實shi上shang，與yu差cha模mo有you關guan的de磁ci通tong必bi須xu在zai某mou點dian上shang離li開kai芯xin體ti
，換huan句ju話hua說shuo，磁ci通tong在zai芯xin體ti外wai部bu形xing成cheng閉bi合he回hui路lu，而er不bu僅jin僅jin隻zhi局ju限xian在zai環huan形xing芯xin體ti內nei。

 

如ru果guo芯xin體ti具ju有you差cha模mo電dian感gan，那na麼me，差cha模mo電dian流liu就jiu會hui使shi芯xin體ti內nei的de磁ci通tong發fa生sheng偏pian離li零ling點dian
，如ru果guo偏pian離li太tai大da，芯xin體ti便bian會hui發fa生sheng磁ci飽bao和he現xian象xiang，使shi共gong模mo電dian感gan基ji本ben與yu無wu磁ci芯xin的de電dian感gan一yi樣yang。結jie果guo，共gong模mo輻fu射she的de強qiang度du就jiu如ru同tong電dian路lu中zhong沒mei有you扼e流liu圈quan一yi樣yang。差cha模mo電dian流liu在zai共gong模mo環huan形xing線xian圈quan中zhong引yin起qi的de磁ci通tong偏pian離li可ke由you下xia式shi得de出chu： 

 

 

式中，是芯體中的磁通變化量

，Ldm是測得的差模電感，是差模峰值電流，n為共模線圈的匝數。

 

由於可以通過控製B總
，使之小於B飽和
，從而防止芯體發生磁飽和現象，有以下法則：

 

 

式中
，是差模峰值電流

，Bmax是磁通量的最大偏離，n是線圈的匝數，A是環形線圈的橫截麵積。Ldm是線圈的差模電感。

 

共模扼流圈的差模電感可以按如下方法測得：將其一引腿兩端短接，然後測量另外兩腿間的電感，其示值即為共模扼流圈的差模電感。

 

共模扼流圈綜述

 

濾lv波bo器qi設she計ji時shi，假jia定ding共gong模mo與yu差cha模mo這zhe兩liang部bu分fen是shi彼bi此ci獨du立li的de。然ran而er，這zhe兩liang部bu分fen並bing非fei真zhen正zheng獨du立li，因yin為wei共gong模mo扼e流liu圈quan可ke以yi提ti供gong相xiang當dang大da的de差cha模mo電dian感gan。這zhe部bu分fen差cha模mo電dian感gan可ke由you分fen立li的de差cha模mo電dian感gan來lai模mo擬ni。

 

weileliyongchamodiangan，zailvboqideshejiguochengzhong
，gongmoyuchamobuyingtongshijinxing
，eryinggaianzhaoyidingdeshunxulaizuo。shouxian
，yinggaicelianggongmozaoshengbingjiangqilvchudiao。caiyongchamoyizhiwangluo（Differential Mode Rejection NETWORK），keyijiangchamochengfenxiaochu，yincijiukeyizhijiecelianggongmozaoshengle。ruguoshejidegongmolvboqiyaotongshishichamozaoshengbuchaoguoyunxufanwei，namejiuyingcelianggongmoyuchamodehunhezaosheng。yinweiyizhigongmochengfenzaizaoshengrongxianyixia
，yincichaobiaodejinshichamochengfen，keyonggongmolvboqidechamolouganlaishuaijian。duiyudigonglvdianyuanxitong，gongmoeliuquandechamodianganzuyijiejuechamofushewenti，yinweichamofushedeyuanzukangjiaoxiao，yincizhiyoujishaoliangdedianganshiyouxiaode。

 

盡管少量的差模電感非常有用
，但太大的差模電感可以使扼流圈發生磁飽和。可根據公式（2）作簡單計算來避免磁飽和現象的發生。

 

用LISN原理測量共模扼流圈飽和特性的方法

 

測量共模線圈磁芯（整體或部分）的飽和特性通常是很困難的。通過簡單的試驗可以看出共模濾波器的衰減在多大程度上受由60Hz編置電流引起的電感減小量的影響。進行此項測試需要一台示波器和一個差模抑製網絡（DMRN）。首先
，用示波器來監測線電壓。按如下方法從示波器的A通道輸入信號，將示波器的時間基準置為2ms/div，然後將觸發信號加在A通道上
，在交流電壓達到峰值時會有線電流產生，此時濾波器效能的降級是意料中的事情。差模抑製網絡（DMRN）的輸入端連接到LISN，輸出端用50的阻抗進行匹配且與示波器的B通道相連。當共模扼流圈工作在線性區時
，在輸入電流波動期間，B通道監測到的發射增加值不超過6—10DB。圖1為此測試在示波器上顯示的結果，上麵的曲線為共模發射；下麵的曲線為線電壓。在線電壓峰值期間，橋式整流器正向導通且傳送充電電流。

 

圖1：示波器上顯示的由於60Hz充電電流引起的共模扼流圈的降級

 

ruguogongmoeliuquandadaobaohe
，namezaishurulangyongzengjiashi，fashejianghuizengjia。ruguogongmoeliuquandadaoqiangbaohe，fasheqiangduyubujialvboqishideqingkuangshiyiyangde
，yejiushishuohenrongyidadao40dB以上。

 

這些實驗數據可用其他方法來解釋。發射最小值（線電流為0的時候）是(shi)濾(lv)波(bo)器(qi)無(wu)偏(pian)置(zhi)電(dian)流(liu)時(shi)表(biao)現(xian)出(chu)來(lai)的(de)效(xiao)果(guo)。峰(feng)值(zhi)發(fa)射(she)與(yu)最(zui)小(xiao)發(fa)射(she)的(de)比(bi)率(lv)
，即(ji)降(jiang)級(ji)因(yin)子(zi)
，用(yong)來(lai)衡(heng)量(liang)線(xian)電(dian)流(liu)偏(pian)移(yi)量(liang)對(dui)濾(lv)波(bo)器(qi)實(shi)際(ji)效(xiao)果(guo)的(de)影(ying)響(xiang)。降(jiang)級(ji)因(yin)子(zi)較(jiao)大(da)表(biao)明(ming)共(gong)模(mo)扼(e)流(liu)圈(quan)磁(ci)芯(xin)完(wan)全(quan)沒(mei)有(you)得(de)到(dao)恰(qia)當(dang)的(de)使(shi)用(yong)，較(jiao)好(hao)的(de)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)“固有降級因子”差不多在2—4之間。它是由兩種現象產生的：第一，60Hz充電電流引起的電感減小（如上所述）；第二，橋式整流器的正向及反向導通。共模發射的等效電路由一個阻抗約為200PF的電壓源、二極管阻抗和LISN的共模阻抗組成，如圖2所示。當橋式整流器正向偏置時
，在源阻抗、25和LISN共模阻抗之間會產生分壓現象。當橋整流器反向偏置時
，在源阻抗、整流橋反偏電容、LISN之間產生分壓現象。當二極管整流橋反向偏置電容較小時，對共模濾除有一定效果。當整流橋正向偏置時則對共模濾除沒有影響。

 

圖2：共模輻射等效電路

 

由於產生了分壓，固有降級因子的預期值為2左右。實際值的變化相當大，主要取決於源阻抗和二極管整流橋反向偏置電容的實際大小。在Flugan發明的一個電路中
，正是應用這個原理來減小鎮流器的傳導發射的。

 

用電流原理測量共模扼流圈飽和特性的方法

 

如果測試人員相當謹慎
，那麼就可以采取類似MIL-STD-461中的測試裝置來檢測共模扼流圈的飽和特性。這個原理的應用如下：測ce試shi時shi采cai用yong兩liang隻zhi電dian流liu探tan頭tou
，低di頻pin探tan頭tou監jian測ce線xian電dian流liu
，高gao頻pin探tan頭tou僅jin測ce量liang共gong模mo發fa射she電dian流liu。線xian電dian流liu監jian視shi器qi作zuo為wei觸chu發fa源yuan。不bu過guo，使shi用yong電dian流liu探tan頭tou的de一yi個ge隱yin患huan是shi差cha模mo電dian流liu衰shuai減jian是shi管guan芯xin內nei繞rao組zu導dao線xian對dui稱cheng性xing的de函han數shu。如ru果guo精jing心xin合he理li安an排pai繞rao線xian布bu局ju的de話hua，30DBzuoyoudechamodianliushuaijianshinenggoudedaode。jishidadaozhegeshuaijianzhi，cededechamofenliangyekenengchaoguoyuqidegongmofenliangzhi。keyongruxialiangxiangjishulaijiejuezheyiwenti：第一
，將一隻6kHz轉折頻率的高階高通濾波器與示波器串聯（注意應用50的終端阻抗進行匹配）。第二，在每隻10μF的電容與電源總線之間接入一根導線。為了測量共模輻射，電流探頭應夾在這些載有極小線電流的導線近旁。

 

共模扼流圈內存在的差模與共模磁通

 

為了快速且淺顯地介紹共模扼流圈的作用
，可考慮采用以下論述：“共模扼流圈管芯兩側的磁場相互抵消
，因此不存在磁通使管芯飽和。”盡管這種論述對共模扼流圈作用的直覺敘述具體化了，但實質上並非如此。

 

參考以下圍繞麥克斯韋方程所進行的討論：

 

假設電流密度J產生磁場H，那麼就可得出結論：附近的另一個電流不會抵消或阻止磁場或者是由此而產生的電場。

 

同樣一個相鄰的電流可以導致磁場路徑的改變。

 

在zai環huan形xing共gong模mo電dian感gan的de特te殊shu場chang合he中zhong，每mei條tiao引yin線xian中zhong的de差cha模mo電dian流liu密mi度du可ke假jia定ding是shi相xiang等deng的de
，且qie方fang向xiang相xiang反fan。所suo以yi由you此ci而er產chan生sheng的de磁ci場chang必bi定ding在zai環huan形xing磁ci芯xin周zhou邊bian上shang的de總zong和he為wei0，而在其外部則不為0！

 

磁(ci)芯(xin)的(de)作(zuo)用(yong)就(jiu)好(hao)象(xiang)它(ta)在(zai)線(xian)圈(quan)繞(rao)組(zu)的(de)間(jian)隙(xi)處(chu)裂(lie)為(wei)兩(liang)半(ban)時(shi)所(suo)表(biao)現(xian)出(chu)來(lai)的(de)效(xiao)果(guo)一(yi)樣(yang)。每(mei)個(ge)繞(rao)組(zu)在(zai)環(huan)形(xing)線(xian)圈(quan)一(yi)半(ban)的(de)區(qu)域(yu)內(nei)產(chan)生(sheng)磁(ci)場(chang)

，意(yi)指(zhi)穿(chuan)過(guo)空(kong)氣(qi)的(de)磁(ci)場(chang)必(bi)定(ding)會(hui)形(xing)成(cheng)自(zi)封(feng)閉(bi)回(hui)路(lu)
，下(xia)圖(tu)是(shi)環(huan)形(xing)磁(ci)芯(xin)和(he)差(cha)模(mo)電(dian)流(liu)磁(ci)路(lu)的(de)示(shi)意(yi)圖(tu)。