一文搞懂共模電感原理

1 前言

大家好，我是硬件花園！ 《打工人必會(huì)技術(shù)》來(lái)了，今天就跟大家聊一聊共模電感的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。我們先來(lái)了解一下“共模電流”和“差模電流”的概念。

2 共模電流和差模電流

差模電流：在一對(duì)差分信號(hào)線上，大小相同，方向相反的一對(duì)信號(hào)，一般是電路中的工作電流，對(duì)于信號(hào)線就是信號(hào)線與信號(hào)地線之間流動(dòng)的電流。

共模電流：在一對(duì)差分信號(hào)線上，大小相同，方向相同的一對(duì)信號(hào)(或噪音)。在電路中，一般對(duì)地噪音一般都是以共模電流的方式傳輸?shù)?，所以又稱(chēng)為共模噪聲。

4共模電感工作原理

抑制共模噪聲的方法多種多樣，除了從源頭去減少共模噪聲外，通常我們抑制最常用的方法就是使用共模電感來(lái)濾除共模噪聲，也就是將共模噪聲阻擋在目標(biāo)電路外面。也就是在線路中串聯(lián)共模扼流器件。這樣做的目的是增大共?；芈返淖杩?，使得共模電流被扼流器所消耗和阻擋(反射)，從而抑制線路中的共模噪聲。

共模扼流器或電感的原理

若在以某種磁性材料的磁環(huán)上繞上同向的一對(duì)線圈，當(dāng)交變電流通過(guò)時(shí)，因?yàn)?a href="http://www.ttokpm.com/tags/電磁感應(yīng)/" target="_blank">電磁感應(yīng)而在線圈中產(chǎn)生磁通量。對(duì)于差模信號(hào)，產(chǎn)生的磁通量大小相同、方向相反，兩者相互抵消，因而磁環(huán)產(chǎn)生的差模阻抗非常??；而對(duì)于共模信號(hào)，產(chǎn)生的磁通量大小和方向均相同，兩者相互疊加從而使磁環(huán)產(chǎn)生了較大的共模阻抗。這一特性使得共模電感對(duì)于差模信號(hào)的影響較小而對(duì)共模噪聲具有很好的濾波性能。

(1)差模電流通過(guò)共模線圈，磁力線方向相反，感應(yīng)磁場(chǎng)削弱，從如下圖磁力線方向可以看出—實(shí)線箭頭表示電流方向，虛線表示磁場(chǎng)方向。

(2)共模電流通過(guò)共模線圈，磁力線方向相同，感應(yīng)磁場(chǎng)加強(qiáng)，從如下圖磁力線方向可以看出—實(shí)線箭頭表示電流方向，虛線表示磁場(chǎng)方向。

共模線圈的電感或者稱(chēng)為自感系數(shù)，我們知道電感是表征產(chǎn)生磁場(chǎng)的能力，對(duì)于共模線圈或者共模電感，當(dāng)共模電流流過(guò)線圈時(shí)，由于磁力線方向相同，在不考慮漏感的情況下，磁通量疊加，其原理是互感，下圖紅色線圈產(chǎn)生的磁力線穿過(guò)藍(lán)色線圈，同時(shí)藍(lán)色線圈產(chǎn)生的磁力線也穿過(guò)紅色線圈，彼此相互感應(yīng)。

從電感的角度來(lái)看，電感量也是成倍增加，磁鏈代表了總磁通量，對(duì)于共模電感，當(dāng)磁通量是原來(lái)的2倍時(shí)，匝數(shù)沒(méi)有發(fā)生變化，電流也沒(méi)沒(méi)有發(fā)生變化，那么意味著電感量增加為原來(lái)的2倍，也就意味著等效磁導(dǎo)率變?yōu)樵瓉?lái)的2倍。

等效磁導(dǎo)率何以增加一倍，從下面的電感公式來(lái)看，由于匝數(shù)N不改變、磁路和磁芯截面積由磁芯的物理尺寸決定，因此也沒(méi)有改變，唯一就是磁導(dǎo)率u增加了一倍，因而可以產(chǎn)生更多的磁通量。

所以，共模電感在共模電流通過(guò)時(shí)，工作在互感模式下，在互感的作用下，等效電感量被成本增加，因而共模感抗會(huì)成倍增加，因而對(duì)共模信號(hào)有良好的濾波作用，也就是將共模信號(hào)用大阻抗阻擋，不讓其通過(guò)共模電感，也就是不讓此信號(hào)傳輸?shù)诫娐返南乱患?jí)，如下是電感產(chǎn)生的感抗ZL。

認(rèn)識(shí)共模電感在共模模式下的電感量，主要線索是認(rèn)識(shí)互感，一切的磁性元器件，無(wú)論什么名稱(chēng)只要把握磁場(chǎng)的變化形式，透過(guò)現(xiàn)象看磁場(chǎng)變化的本質(zhì)，也會(huì)容易理解，再者我們要始終把握磁力線，它是我們認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)的直觀形式，試想無(wú)論同名端或異名端或者互感等概念或磁場(chǎng)現(xiàn)象，我們都是畫(huà)磁力線去認(rèn)識(shí)他們的——掌握之前講解的"磁棒繞線法"。

文章出處：【微信公眾號(hào)：硬件花園】歡迎添加關(guān)注！