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。

 

 

共gong模mo信xin號hao和he差cha模mo信xin號hao隻zhi是shi一yi個ge相xiang對dui量liang，共gong模mo信xin號hao又you稱cheng共gong模mo噪zao聲sheng或huo者zhe稱cheng對dui地di噪zao聲sheng，指zhi兩liang根gen線xian分fen別bie對dui地di的de噪zao聲sheng，對dui於yu開kai關guan電dian源yuan的de輸shu入ru濾lv波bo器qi而er言yan，是shi零ling線xian和he火huo線xian分fen別bie對dui大da地di的de電dian信xin號hao。雖sui然ran零ling線xian和he火huo線xian都dou沒mei有you直zhi接jie和he大da地di相xiang連lian，但dan是shi零ling線xian和he火huo線xian可ke以yi分fen別bie通tong過guo電dian路lu板ban上shang的de寄ji生sheng電dian容rong或huo者zhe雜za散san電dian容rong又you或huo者zhe寄ji生sheng電dian感gan等deng來lai和he大da地di相xiang連lian。差cha模mo信xin號hao是shi指zhi兩liang根gen線xian直zhi接jie的de信xin號hao差cha值zhi也ye可ke以yi稱cheng之zhi為wei電dian視shi差cha。

 

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（duiyuxiangmuyingyongeryan
，youxiechanghebiruyizhigongmoxinhaoeryan
，butaixuyaodingliangdejisuan，dianganchanshengdecichangyijicitongliangdedaxiao，ganxingqudetongxie，zhelituijianyibenshukeyicankao
，<<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。

 

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）。suoyibujinduiyukaiguandianyuandeshurulvboqijiagongmodiangan，zaizouchafenxinhaoxianshiyekeyijiashanggongmodianganlaiyizhigongmodianliu，yifangzhidianluwuchufadengxianxiang。

 

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。

 

xiangduieryan，huanxingcixinbijiaobianyi
，yinweihuanxingzhiyouyigejiukezhizuo。erqitaxingzhuangdecixinbixuyouyiduicainengweigongmodiangansuoyong
，qiezaichengxingshi，kaolvliangcixindepeiduiwenti，haixuzengjiayanmogongxucainengdedaojiaogaodecidaolv，duiyuhuanxingcixinquebuxuruci；

 

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。

 

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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