詳解共模電感

一、共模電感原理概述

共模電感是一種特殊的電子元件，它的主要作用是抑制共模噪聲，對(duì)差模信號(hào)無(wú)影響。這種特殊的特性使得共模電感在許多電子設(shè)備中，如電源供應(yīng)器、數(shù)據(jù)通信設(shè)備等，都有著廣泛的應(yīng)用。理解共模電感的工作原理，首先要明白什么是共模噪聲。

共模噪聲是在不平衡電路中產(chǎn)生的，它的大小與地電位無(wú)關(guān)。共模電感就是通過(guò)感抗來(lái)抑制這種噪聲，使得電路可以更穩(wěn)定地工作。

二、共模電感原理圖解析

共模電感的原理圖主要包括三個(gè)部分：線圈部分、磁芯部分以及磁芯與線圈的耦合部分。

1. 線圈部分：線圈通常由銅線或者鋁線繞制而成，根據(jù)所需的電感量和頻率，線圈的匝數(shù)和線徑都有相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)則。

2. 磁芯部分：磁芯是用來(lái)增強(qiáng)線圈的磁場(chǎng)，通常選用高磁導(dǎo)率的材料，如鐵氧體。

3. 磁芯與線圈的耦合部分：這部分的作用是增強(qiáng)線圈和磁芯之間的耦合，從而提高電感的感抗。

在共模電感的原理圖中，我們需要注意幾個(gè)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)參數(shù)，如線圈的匝數(shù)、線徑、磁芯的材料和尺寸等。這些參數(shù)都會(huì)直接影響到電感的性能，如感抗、品質(zhì)因數(shù)等。

三、共模電感在電路中的應(yīng)用

共模電感在電路中的主要作用是抑制共模噪聲。通過(guò)與電容器的組合使用，可以構(gòu)成一個(gè)低通濾波器，有效地抑制共模噪聲，同時(shí)對(duì)差模信號(hào)無(wú)影響。此外，共模電感還能用于信號(hào)耦合、DC/DC轉(zhuǎn)換等電路設(shè)計(jì)中。

四、總結(jié)

通過(guò)對(duì)共模電感的原理圖解析，我們可以深入理解其工作機(jī)制和設(shè)計(jì)方法。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)電路的需求，選擇合適的共模電感，并合理地設(shè)計(jì)其在電路中的位置，以達(dá)到最佳的噪聲抑制效果。同時(shí)，我們也需要關(guān)注共模電感在使用過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題，如溫升問(wèn)題、漏感問(wèn)題等，以便在實(shí)際應(yīng)用中更好地利用共模電感的特性。

以上就是對(duì)共模電感原理圖的詳細(xì)解析。希望通過(guò)這篇文章，讀者能更好地理解和掌握共模電感的工作原理和應(yīng)用方法。

電磁干擾濾波器的構(gòu)造原理及應(yīng)用

1.1、構(gòu)造原理

電源噪聲是電磁干擾的一種，其傳導(dǎo)噪聲的頻譜大致為10kHz~30MHz，最高可達(dá)150MHz。根據(jù)傳播方向的不同，電源噪聲可分為兩大類：一類是從電源進(jìn)線引入的外界干擾，另一類是由電子設(shè)備產(chǎn)生并經(jīng)電源線傳導(dǎo)出去的噪聲。這表明噪聲屬于雙向干擾信號(hào)，電子設(shè)備既是噪聲干擾的對(duì)象，又是一個(gè)噪聲源。若從形成特點(diǎn)看，噪聲干擾分串模干擾與共模干擾兩種。串模干擾是兩條電源線之間(簡(jiǎn)稱線對(duì)線)的噪聲，共模干擾則是兩條電源線對(duì)大地(簡(jiǎn)稱線對(duì)地)的噪聲。因此，電磁干擾濾波器應(yīng)符合電磁兼容性(EMC)的要求，也必須是雙向射頻濾波器，一方面要濾除從交流電源線上引入的外部電磁干擾，另一方面還能避免本身設(shè)備向外部發(fā)出噪聲干擾，以免影響同一電磁環(huán)境下其他電子設(shè)備的正常工作。此外，電磁干擾濾波器應(yīng)對(duì)串模、共模干擾都起到抑制作用。

1.2、基本電路及典型應(yīng)用

電磁干擾濾波器的基本電路如圖1所示：

該五端器件有兩個(gè)輸入端、兩個(gè)輸出端和一個(gè)接地端，使用時(shí)外殼應(yīng)接通大地。電路中包括共模扼流圈(亦稱共模電感)L、濾波電容C1~C4。L對(duì)串模干擾不起作用，但當(dāng)出現(xiàn)共模干擾時(shí)，由于兩個(gè)線圈的磁通方向相同，經(jīng)過(guò)耦合后總電感量迅速增大，因此對(duì)共模信號(hào)呈現(xiàn)很大的感抗，使之不易通過(guò)，故稱作共模扼流圈。它的兩個(gè)線圈分別繞在低損耗、高導(dǎo)磁率的鐵氧體磁環(huán)上，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，兩個(gè)線圈上的磁場(chǎng)就會(huì)互相加強(qiáng)。L的電感量與EMI濾波器的額定電流I有關(guān)，參見表1。

需要指出，當(dāng)額定電流較大時(shí)，共模扼流圈的線徑也要相應(yīng)增大，以便能承受較大的電流。此外，適當(dāng)增加電感量，可改善低頻衰減特性。C1和C2采用薄膜電容器，容量范圍大致是0.01Μf~0.47μF，主要用來(lái)濾除串模干擾。C3和C4跨接在輸出端，并將電容器的中點(diǎn)接地，能有效地抑制共模干擾。C3和C4亦可并聯(lián)在輸入端，仍選用陶瓷電容，容量范圍是2200Pf~0.1μF。為減小漏電流，電容量不得超過(guò)0.1μF，并且電容器中點(diǎn)應(yīng)與大地接通。C1~C4的耐壓值均為630VDC或250VAC。圖2示出一種兩級(jí)復(fù)合式EMI濾波器的內(nèi)部電路，由于采用兩級(jí)(亦稱兩節(jié))濾波，因此濾除噪聲的效果更佳。針對(duì)某些用戶現(xiàn)場(chǎng)存在重復(fù)頻率為幾千赫茲的快速瞬態(tài)群脈沖干擾的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外還開發(fā)出群脈沖濾波器(亦稱群脈沖對(duì)抗器)，能對(duì)上述干擾起到抑制作用。

2、EMI濾波器在開關(guān)電源中的應(yīng)用

為減小體積、降低成本，單片開關(guān)電源一般采用簡(jiǎn)易式單級(jí)EMI濾波器，典型電路如圖3所示

圖(a)與圖(b)中的電容器C能濾除串模干擾，區(qū)別僅是圖(a)將C接在輸入端， 圖(b)則接到輸出端。圖(c)、(d)所示電路較復(fù)雜，抑制干擾的效果更佳。圖(c)中的L、C1和C2用來(lái)濾除共模干擾，C3和C4濾除串模干擾。R為泄放電阻，可將C3上積累的電荷泄放掉，避免因電荷積累而影響濾波特性;斷電后還能使電源的進(jìn)線端L、N不帶電，保證使用的安全性。圖(d)則是把共模干擾濾波電容C3和C4接在輸出端。

EMI濾波器能有效抑制單片開關(guān)電源的電磁干擾。圖4中曲線a為不加EMI濾波器時(shí)開關(guān)電源上0.15MHz~30MHz傳導(dǎo)噪聲的波形(即電磁干擾峰值包絡(luò)線)。曲線b是插入如圖3(d)所示EMI濾波器后的波形，能將電磁干擾衰減50dBμV~70dBμV。顯然，這種EMI濾波器的效果更佳。

3、EMI濾波器的技術(shù)參數(shù)及測(cè)試方法

3.1、主要技術(shù)參數(shù)

EMI濾波器的主要技術(shù)參數(shù)有：額定電壓、額定電流、漏電流、測(cè)試電壓、絕緣電阻、直流電阻、使用溫度范圍、工作溫升Tr、插入損耗AdB、外形尺寸、重量等。上述參數(shù)中最重要的是插入損耗(亦稱插入衰減)，它是評(píng)價(jià)電磁干擾濾波器性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)。插入損耗(AdB)是頻率的函數(shù)，用dB表示。設(shè)電磁干擾濾波器插入前后傳輸?shù)截?fù)載上的噪聲功率分別為P1、P2，有公式：

AdB=10lg P1/P2　(1)

假定負(fù)載阻抗在插入前后始終保持不變，則P1=V12/Z，P2=V22/Z。式中V1是噪聲源直接加到負(fù)載上的電壓，V2是在噪聲源與負(fù)載之間插入電磁干擾濾波器后負(fù)載上的噪聲電壓，且V2<

AdB=20lg (2)

插入損耗用分貝(dB)表示，分貝值愈大，說(shuō)明抑制噪聲干擾的能力愈強(qiáng)。鑒于理論計(jì)算比較煩瑣且誤差較大，通常是由生產(chǎn)廠家進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，根據(jù)噪聲頻譜逐點(diǎn)測(cè)出所對(duì)應(yīng)的插入損耗，然后繪出典型的插入損耗曲線，提供給用戶。

圖5給出一條典型曲線。由圖可見，該產(chǎn)品可將1MHz~30MHz的噪聲電壓衰減65dB。計(jì)算EMI濾波器對(duì)地漏電流的公式為

ILD=2πfCVC(3)

式中，ILD為漏電流，f是電網(wǎng)頻率。以圖1為例，f=50Hz，C=C3+C4=4400pF，VC是C3、C4上的壓降，亦即輸出端的對(duì)地電壓，可取VC≈220V/2=110V。由(3)式不難算出，此時(shí)漏電流ILD=0.15mA。C3和C4若選4700pF，則C=4700pFX2=9400pF，ILD=0.32mA。顯然，漏電流與C成正比。對(duì)漏電流的要求是愈小愈好，這樣安全性高，一般應(yīng)為幾百微安至幾毫安。在電子醫(yī)療設(shè)備中對(duì)漏電流的要求更為嚴(yán)格。

需要指出，額定電流還與環(huán)境溫度TA有關(guān)。例如國(guó)外有的生產(chǎn)廠家給出下述經(jīng)驗(yàn)公式：

I=I1(4)

式中，I1是40°C時(shí)的額定電流。舉例說(shuō)明，當(dāng)TA=50℃時(shí)，I=0.88I1;而當(dāng)TA=25℃時(shí)，I=1.1511。這表明，額定電流值隨溫度的降低而增大，這是由于散熱條件改善的緣故。

3.2、測(cè)量插入損耗的方法

測(cè)量插入損耗的電路如圖6所示。

e是噪聲信號(hào)發(fā)生器，Zi是信號(hào)源的內(nèi)部阻抗，ZL是負(fù)載阻抗，一般取50Ω。噪聲頻率范圍可選10kHz~30MHz。首先要在不同頻率下分別測(cè)出插入前后負(fù)載上的噪聲壓降V1、V2，再代入(2)式中計(jì)算出每個(gè)頻率點(diǎn)的AdB值，最后繪出插入損耗曲線。需要指出，上述測(cè)試方法比較煩瑣，每次都要拆裝EMI濾波器。為此可用電子開關(guān)對(duì)兩種測(cè)試電路進(jìn)行快速切換。