原创 共模电感如何抑制共模信号

什么是共模电感
　　共模电感有时候也叫共模扼流圈，它是一种用于滤除共模干扰信号的EMC常用元器件之一。
　　原理：流过共模电流时磁环中的磁通相互叠加，从而具有相当大的电感量，对共模电流起到抑制作用，而当两线圈流过差模电流时，磁环中的磁通相互抵消，几乎没有电感量，所以差模电流可以无衰减地通过。因此，共模电感在平衡线路中能够有效地抑制共模干扰信号，而对线路正常传输地查谟信号无影响。
　　共模电感在制作时应该改满足以下要求：
　　1.绕制在线圈磁芯上的导线要相互绝缘，以保证在瞬时过电压作用下线圈地匝间不发生击穿短路。
　　2.当线圈流过瞬时大电流时，磁芯不要出现饱和。
　　3.线圈中地磁芯应与线圈绝缘，以防止在瞬时过电压作用下两者发生击穿
　　4.线圈应尽可能绕制单层，这样做可减小线圈地寄生电容，增强线圈对瞬时过电压地承受能力。
　　共模电感如何抑制共模信号
　　目前已经知道共模信号是两个幅度相等、相位相同的信号，共模信号一般来自电网，共模信号会影响电路板的正常工作，也会以电磁波的形式干扰周围环境。
　　既然是用电感来抑制共模信号，那么这肯定和磁场相关。先来介绍通电螺线感，产生的磁场的方向（对于项目应用而言，有些场合比如抑制共模信号而言，不太需要定量的计算，电感产生的磁场以及磁通量的大小，感兴趣的童鞋，这里推荐一本书可以参考，《《开关电源中磁性元器件》》赵修科老师）。对于通电螺线管的磁场方向判断方法为，右手握住螺管，四指指向电流方向，则拇指指向就是磁场方向。接下来介绍一个重要的名词，即磁通。垂直通过一个截面的磁力线总量称为该截面的磁通量，简称磁通。磁力线是通电螺线管产生的，是实际存在的，只是看不见也摸不着，磁力线是一个闭和的回路，对于通电螺线管，磁力线都要经过螺线管内部，磁力线是与磁感应强度B成正比的。如图3所示为通电螺线管产生磁力线的示意图。

　　共模电感如何抑制共模信号
　　图3 螺线管磁力线
　　如图4所示为，穿过某一截面的磁通

　　共模电感如何抑制共模信号
　　图4 穿过截面的磁通
　　磁通量用F表示，是一个标量，单位为韦伯，代号Wb。磁通量和磁感应强度B以及截面积A的关系为：
　　F=BA
　　从关系式可以看出，穿过横截面的磁力线越多，磁通量就越大。对于绕在磁芯上的线圈，在其上通电流i，则线圈的电感L可以表示为：
　　L=NF/i
　　N为线圈匝数。
　　到此为止，通过上述的简要概述，可以知道，绕在磁芯上的线圈在匝数和电流不变时，磁芯中穿过的磁力线越多，那么磁通量就越大，则相对应的电感量也越大。电感天生的作用就是阻止流过其上电流的变化，其实质是阻止其磁通量的变化。这就是利用共模电感来抑制共模电流的基本原理。
　　如图5所示为，共模电流在共模电感上产生的磁感应强度，电流I1产生的磁感应强度为B1，电流I2产生的磁感应强度为B2，两条黄色箭头分别表示电流I1和I2在铁氧体中产生的磁力线，可以看出电流I1和I2产生的磁力线是相加的，故磁通也是相加的，那么电感量就是相加的，电感量越大，对电流的抑制能力就越强。

　　共模电感如何抑制共模信号
　　图5共模电流在共模电感上的磁通分布
　　对于共模电感如何抑制共模电流用一句话可以解释，即共模电感上流过共模电流时磁环中的磁通相互叠加，从而具有相当大的电感量，对共模电流起到抑制作用。
　　当两个线圈流过差模电流时，铁氧体磁环中的磁力线相反，导致磁通相互抵消，几乎没有电感量，所以差模信号可以基本无衰减的通过（考虑到电感本身具有一定的电阻）。所以不仅对于开关电源的输入滤波器加共模电感，在走差分信号线时也可以加上共模电感来抑制共模电流，以防止电路误触发等现象。