1共模電感原理

 

zaijieshaogongmodianganzhiqianxianjieshaoeliuquan，eliuquanshiyizhongyonglaijianruodianlulimiangaopindianliudedizukangxianquan。weiletigaoqidianganeliuquantongchangyouyiruancicailiaozhidehexin。gongmoeliuquanyouduogetongyangdexianquan
，dianliuzaizhexiexianquanlifanxiangliu，yincizaieliuquandexinlicichangdixiao。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），zeshurudaodianyuandesuoyoukenengdechamozaoshengyuandouhuibeigaidianrongwanquanpangluhuojieou，keshidarongliangdianrongdedengxiaochuanliandianzubingfeiweiling。yinci
，shurudianrongdedengxiaochuanliandianzushicongchamozaoshengfashengqikanjinqudezukangZdm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）。對(dui)於(yu)通(tong)電(dian)螺(luo)線(xian)管(guan)的(de)磁(ci)場(chang)方(fang)向(xiang)判(pan)斷(duan)方(fang)法(fa)為(wei)
，右(you)手(shou)握(wo)住(zhu)螺(luo)管(guan)，四(si)指(zhi)指(zhi)向(xiang)電(dian)流(liu)方(fang)向(xiang)，則(ze)拇(mu)指(zhi)指(zhi)向(xiang)就(jiu)是(shi)磁(ci)場(chang)方(fang)向(xiang)。接(jie)下(xia)來(lai)介(jie)紹(shao)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)的(de)名(ming)詞(ci)

，即(ji)磁(ci)通(tong)。垂(chui)直(zhi)通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)截(jie)麵(mian)的(de)磁(ci)力(li)線(xian)總(zong)量(liang)稱(cheng)為(wei)該(gai)截(jie)麵(mian)的(de)磁(ci)通(tong)量(liang)，簡(jian)稱(cheng)磁(ci)通(tong)。磁(ci)力(li)線(xian)是(shi)通(tong)電(dian)螺(luo)線(xian)管(guan)產(chan)生(sheng)的(de)
，是(shi)實(shi)際(ji)存(cun)在(zai)的(de)
，隻(zhi)是(shi)看(kan)不(bu)見(jian)也(ye)摸(mo)不(bu)著(zhe)，磁(ci)力(li)線(xian)是(shi)一(yi)個(ge)閉(bi)和(he)的(de)回(hui)路(lu)

，對(dui)於(yu)通(tong)電(dian)螺(luo)線(xian)管(guan)，磁(ci)力(li)線(xian)都(dou)要(yao)經(jing)過(guo)螺(luo)線(xian)管(guan)內(nei)部(bu)，磁(ci)力(li)線(xian)是(shi)與(yu)磁(ci)感(gan)應(ying)強(qiang)度(du)B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。

 

daociweizhi
，tongguoshangshudejianyaogaishu，keyizhidao，raozaicixinshangdexianquanzaizashuhedianliububianshi
，cixinzhongchuanguodecilixianyueduo，namecitongliangjiuyueda，zexiangduiyingdedianganliangyeyueda。diangantianshengdezuoyongjiushizuzhiliuguoqishangdianliudebianhua

，qishizhishizuzhiqicitongliangdebianhua。zhejiushiliyonggongmodianganlaiyizhigongmodianliudejibenyuanli。

 

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

 

對(dui)於(yu)共(gong)模(mo)電(dian)感(gan)如(ru)何(he)抑(yi)製(zhi)共(gong)模(mo)電(dian)流(liu)用(yong)一(yi)句(ju)話(hua)可(ke)以(yi)解(jie)釋(shi)，即(ji)共(gong)模(mo)電(dian)感(gan)上(shang)流(liu)過(guo)共(gong)模(mo)電(dian)流(liu)時(shi)磁(ci)環(huan)中(zhong)的(de)磁(ci)通(tong)相(xiang)互(hu)疊(die)加(jia)
，從(cong)而(er)具(ju)有(you)相(xiang)當(dang)大(da)的(de)電(dian)感(gan)量(liang)
，對(dui)共(gong)模(mo)電(dian)流(liu)起(qi)到(dao)抑(yi)製(zhi)作(zuo)用(yong)。

 

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)；

 

與(yu)其(qi)它(ta)形(xing)狀(zhuang)磁(ci)芯(xin)相(xiang)比(bi)環(huan)形(xing)磁(ci)芯(xin)有(you)較(jiao)高(gao)的(de)有(you)效(xiao)磁(ci)導(dao)率(lv)，因(yin)為(wei)兩(liang)配(pei)對(dui)磁(ci)芯(xin)在(zai)裝(zhuang)配(pei)時(shi)，無(wu)論(lun)怎(zen)樣(yang)作(zuo)業(ye)都(dou)不(bu)可(ke)消(xiao)除(chu)氣(qi)隙(xi)的(de)現(xian)象(xiang)
，故(gu)有(you)效(xiao)磁(ci)導(dao)率(lv)比(bi)單(dan)一(yi)封(feng)閉(bi)形(xing)磁(ci)芯(xin)要(yao)低(di)。但(dan)環(huan)形(xing)磁(ci)芯(xin)繞(rao)線(xian)成(cheng)本(ben)較(jiao)高(gao)
，因(yin)其(qi)他(ta)形(xing)狀(zhuang)磁(ci)芯(xin)有(you)一(yi)配(pei)套(tao)線(xian)架(jia)在(zai)使(shi)用(yong)
，繞(rao)線(xian)可(ke)以(yi)機(ji)器(qi)作(zuo)業(ye)，而(er)環(huan)形(xing)磁(ci)芯(xin)隻(zhi)可(ke)以(yi)手(shou)工(gong)作(zuo)業(ye)或(huo)機(ji)器(qi)（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。

 

dangranyinweitijixiao，duitijiyouyaoqiudexiaogonglvdianyuan，keyicaiyongcihuancixin。duiyuzhuyaozuoyongshilvchudipinzaoshengdegongmodiangan，yingdangxuanyonggaocidaolvdemengxintieyangticixin；相xiang反fan
，應ying該gai選xuan用yong適shi用yong於yu高gao頻pin的de鎳nie鋅xin鐵tie氧yang體ti磁ci芯xin或huo磁ci粉fen芯xin磁ci芯xin。通tong常chang適shi用yong於yu高gao頻pin的de磁ci芯xin，因yin其qi具ju有you分fen布bu式shi氣qi隙xi
，故gu磁ci導dao率lv相xiang對dui較jiao低di
，二er者zhe不bu可ke兼jian得de。不bu過guo
，與yu普pu通tong電dian感gan器qi不bu同tong的de是shi，共gong模mo電dian感gan的de作zuo用yong是shi對dui噪zao聲sheng信xin號hao形xing成cheng較jiao大da的de插cha入ru損sun耗hao，以yi減jian小xiao噪zao聲sheng幹gan擾rao。錳meng鋅xin鐵tie氧yang體ti在zai高gao頻pin時shi，雖sui然ran其qi有you效xiao磁ci導dao率lv很hen小xiao，但dan磁ci芯xin損sun耗hao隨sui頻pin率lv增zeng加jia而er增zeng大da，對dui高gao頻pin噪zao聲sheng有you較jiao大da的de阻zu礙ai作zuo用yong，所suo以yi也ye能neng減jian弱ruo高gao頻pin幹gan擾rao
，隻zhi是shi效xiao果guo相xiang對dui較jiao差cha。然ran而er，較jiao大da的de磁ci芯xin損sun耗hao會hui導dao致zhi磁ci芯xin發fa熱re，而er損sun耗hao較jiao小xiao的de磁ci芯xin價jia格ge也ye較jiao高gao。

 

 

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