EMC整改元件之共模电感

吴少琴的模电课

一、共模电感
共模电感的构成
) v7 m' u# d6 ?3 j, b# ]! [) S* H共模电感是一个四端器件，由两组线圈绕在同一个磁芯上，匝数相同，绕线方向相反。从下面的示意图，也可以看出大概意思。
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共模电感的作用
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- Y+ g6 a8 V3 M9 `; q. W            共模电感能衰减滤除共模电流，双向抑制共模EMI干扰。当共模信号流经共模电感时，此时流经共模电感两个线圈的电流方向相同，电流在线圈中产生的磁通相互叠加，此时表现共模电感为大电感，使线圈呈现出高阻抗，从而对共模电流产生衰减滤除的作用
当差模信号流经共模电感时，此时流经共模电感两个线圈中电流方向相反，电流在线圈中产生的磁场相反并相互抵消，此时共模电感表现为低阻抗，对差模信号影响非常小。
       抑制共模EMI干扰方面，比如在开关电源中，共模电感一般是搭配电容Cy一起应用，构成L-G和N-G的两端口LC低通滤波器。共模电感不仅仅是可以抑制外部的共模信号传入，同时也能够抑制本身产生的共模信号向外界传输，这个是双向抑制。
    但由于共模电感在绕制加工时，一般不会绕满一周，或者由于绕制工艺、绕制紧密程度不同，两个绕组未必完全一致，这就导致了共模电感会存在一定的磁通泄露，也就给差模电感的形成提供了合理性。所以共模电感一般会有一定的差模漏感，因此共模电感对差模信号也有一定的抑制和滤波作用。
: g: G+ I" F9 s8 ^* y5 T* |共模电感的工作原理
根据右手螺旋定理，当差模电流流过共模电感线圈时，产生2个相互抵消的磁场;当共模电流流过共模线圈时，产生2个相互增强的磁场使整个线圈 阻抗只变高，衰减共模电流。
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共模感量测量

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共模电感参数选型
a.ACIDC电源类应用
共模感量--电源滤波，大的电感值可以获得更好的滤波效果差模漏感--绕制不平衡产生的感量偏差
7 R5 o' e8 n$ Q额定电流--工作电流小于额定电路，需考虑温升和降额设计额定电压--正常工作的额定电压值
直流电阻--DCR 带来热量损耗，越小越好耐压值--同名绕组线与线之间施加一定的高压，在一段时间内承受的电压值绝缘电阻--绕组与绕组之间的电阻值
; D$ k+ c7 N" Ab. 差分信号类应用
共模阻抗--对应相应频率的共模信号，大的阻抗可以获得更好的滤波效果差模阳抗--影响信号传输质量，尽可能接近传输线阻抗;高速数字电路应用时，差模阻抗尽量小，必要时测试眼图/插损
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! t! }0 b; q; [$ L- D& EEMI共模电流的产生机理
a.差分Q电流产生差模电磁场，使得差分回路面积内的走线产生共模电流;
b.(共模电流/辐射主要源头)工作电流经过单板地，由于地阻抗的存在，形成地上共模电压(地电位差)，共模电压驱动端口信号，在线束上形成共模电流;
c.电缆与大地形成的寄生回路，通过磁耦合的方式，感应共模电流
- c  V  g9 L# U3 r  D6 Ld.开关电源通过分布参数，如散热器、变压器分布电容，形成共模电流;
5 f' M6 |$ g$ p" I% [e.高速信号/电源平面有高频干扰，相邻层走线会耦合，形成共模干扰。


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  f.开关电源共模电感和X电容的选取？
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电磁干扰滤波器电路 电磁干扰滤波器的基本电路如图1所示。该五端器件有两个输入端、两个输出端和一个接地端,使用时外壳应接通大地。电路中包括共模扼流圈（亦称共模电感）L、滤波电容C1～C4。L对串模干扰不起作用,但当出现共模干扰时,由于两个线圈的磁通方向相同,经过耦合后总电感量迅速增大,因此对共模信号呈现很大的感抗,使之不易通过,故称作共模扼流圈。它的两个线圈分别绕在低损耗、高导磁率的铁氧体磁环上,当有电流通过时,两个线圈上的磁场就会互相加强。L的电感量与EMI滤波器的额定电流I有关,参见表1。需要指出,当额定电流较大时,共模扼流圈的线径也要相应增大,以便能承受较大的电流。此外,适当增加电感量,可改善低频衰减特性。C1和C2采用薄膜电容器,容量范围大致是0.01μF～0.47μF,主要用来滤除串模干扰。C3和C4跨接在输出端,并将电容器的中点接地,能有效地抑制共模干扰。C3和C4亦可并联在输入端,仍选用陶瓷电容,容量范围是2200pF～0.1μF。为减小漏电流,电容量不得超过0.1μF,并且电容器中点应与大地接通。C1～C4的耐压值均为630VDC或250VAC。表1 电感量范围与额定电流的关系 图2示出一种两级复合式EMI滤波器的内部电路,由于采用两级（亦称两节）滤波,因此滤除噪声的效果更佳。针对某些用户现场存在重复频率为几千赫兹的快速瞬态群脉冲干扰的问题,国内外还开发出群脉冲滤波器（亦称群脉冲对抗器）,能对上述干扰起到抑制作用。
$ r% O# V( Y( Q! m8 ?/ K5 u5 cg.共模电感common choke的电路举例

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D1,D2,D3的气体防雷管起泄放雷电瞬时过电流和限制过电压作用；
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D6-D8的tvs二极管可以形成保护，不受导线引入的电压尖峰破坏；
4 t6 W, G, h5 J& ?( kD4-D5形成钳位电路，退耦；

共模电感抑制外部的共模干扰，同时也可以抑制内部的差模干扰。
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