原创 共模电感如何抑制共模信号

2020-4-8 16:44 810 16 4 分类: 模拟

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。

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