共模電感的作用與計算

共模電感線圈是怎樣的含義呢？

共模電感線圈是一個以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件，它由兩個尺寸相同，匝數(shù)相同的電感線圈對稱地繞制在同一個鐵氧體環(huán)形磁芯上，形成-個四端器件，要對于共模信號呈現(xiàn)出大電感具有抑制作用，而對于差模信號呈現(xiàn)出很小的漏電感幾乎不起作用。原理是流過共模電流時磁環(huán)中的磁通相互疊加，從而具有相當大的電感量，對共模電流起到抑制作用，而當兩線圈流過差模電流時，磁環(huán)中的磁通相互抵消，幾乎沒有電感星，所以差漠電流可以無衰減地通過。因此共模電感在平衡線路中能有效地抑制共模干擾信號，而對線路正常傳輸?shù)牟钅Ｐ盘枱o影響。

共模電感的作用

如圖所示，在同一磁環(huán)上繞上兩組方向相反的線圈，據(jù)右手螺旋管定則可知，當在輸入端A、B兩端加上極性相反，信號幅值相同的差模電壓時，有實線所示的電流i2，在磁芯中產(chǎn)生實線所示的磁通Φ2，只要保證兩繞組完全對稱，則磁芯中兩不同方向之磁通相互抵消?？偞磐榱?，線圈電感幾乎為零，對常模信號無阻抗作用。若在輸入端A、B兩端加上極性相同，幅值相等的共模信號時，有虛線所示的電流i1，在磁芯中產(chǎn)生虛線所示的磁通Φ1，則磁芯中磁通有相同的方向而互相加強，使每一線圈的電感值為單獨存在時的兩倍，而XL =ωL，因此，此一繞法的線圈對共模干擾有很強的抑制作用。

共模電感的作用與計算

實際的EMI濾波器由L、C組合而成，設計時也常常將差模與共模抑制電路組合在一起（如圖2），因此，設計時需依據(jù)濾波電容的大小以及所需符合的安規(guī)標準作出電感值的決定。

圖中L1、L2、C1構(gòu)成常模濾波器，L3、C2、C3構(gòu)成共模濾波器。

共模電感的作用與計算

圖2 EMI濾波器電路

在設計共模電感之前，首先要考察線圈須行符合以下原則：

1 》正常工作狀態(tài)下，不致因通電電源電流而造成磁芯飽和。

2 》對高頻干擾信號要有足夠大的阻抗，且有一定的頻寬，而對工作頻率之信號電流有最小的阻抗。

3 》電感的溫度系數(shù)應小，而分布電容宜小。

4 》直流電阻應盡量小。

5 》感應電感應盡量大，電感值需穩(wěn)定。

6 》繞組間之絕緣性須滿足安規(guī)要求。

共模電感線圈在制作時需要滿足以下要求：

1）繞制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(fā)生擊穿短路。

2）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(fā)生擊穿。

3）當線圈流過瞬時大電流時，磁芯不要出現(xiàn)飽和。

4）線圈應盡可能繞制單層，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。

通過電路圖可知曉共模信號由L3和C2、C3組成的共模濾波器抑制，實際L3與C2和C3構(gòu)成兩路LC串聯(lián)電路，分別吸收L和N在線的噪聲。只要確定濾波電路的截止頻率，也已知電容容量C，則可以下式求出電感L。

fo= 1/（2π√LC）L → 1/（2πfo）2C

通常EMI測試頻寬如下：

傳導干擾：150KHZ →30MHZ（注：VDE標準10KHZ - 30M）

輻射干擾：30MHZ 1GHZ

實際的濾波器無法達到理想濾波器那樣陡峭的阻抗曲線，通?？蓪⒔刂诡l率設定在50KHZ左右。在此，假設f o = 50KHZ，則

L =1/（2πfo）2C = 1/ ［（ 2*3.14*50000）2 *3300*10-12］ = 3.07mH

L1、L2、C1組成（低通）常模濾波器，線間電容有1.0uF，則常模電感為：

L = 1/ ［（ 2*3.14*50000）2 *1*10-6］ = 10.14uH

由此，可得到理論要求的電感值，若想獲得更低的截止頻率fo，則可進一步加大電感值，截止頻率一般不低于10KHZ。理論上電感量越高對EMI抑制效果越好，但過高的電感將使截止頻率更低，而實際的濾波器只能做到一定寬帶，也就使高頻噪聲的抑制效果變差（一般開關電源的噪聲成分約為5 ~10MHZ間，但也有超過10MHZ之情形）。另外，電感量愈高，則繞線匝數(shù)愈多，或CORE之ui越高，如此將造成低頻阻抗增加（DCR變大）。匝數(shù)增加使分布電容也隨之增大（如圖4），使高頻電流全部經(jīng)此電容流通。過高的ui使CORE極易飽和，同時制作也極困難，成本也較高。

共模電感導線截面積與電流的關系：電流大小與導線截面積成正比。