共模電感如何抑制共模信號(hào)
出處:電子發(fā)燒友 發(fā)布于:2019-09-06 14:07:26
什么是共模電感
共模電感有時(shí)候也叫共模扼流圈,它是一種用于濾除共模干擾信號(hào)的EMC常用元器件之一。
原理:流過共模電流時(shí)磁環(huán)中的磁通相互疊加,從而具有相當(dāng)大的電感量,對(duì)共模電流起到抑制作用,而當(dāng)兩線圈流過差模電流時(shí),磁環(huán)中的磁通相互抵消,幾乎沒有電感量,所以差模電流可以無衰減地通過。因此,共模電感在平衡線路中能夠有效地抑制共模干擾信號(hào),而對(duì)線路正常傳輸?shù)夭橹冃盘?hào)無影響。
共模電感在制作時(shí)應(yīng)該改滿足以下要求:
1.繞制在線圈磁芯上的導(dǎo)線要相互絕緣,以保證在瞬時(shí)過電壓作用下線圈地匝間不發(fā)生擊穿短路。
2.當(dāng)線圈流過瞬時(shí)大電流時(shí),磁芯不要出現(xiàn)飽和。
3.線圈中地磁芯應(yīng)與線圈絕緣,以防止在瞬時(shí)過電壓作用下兩者發(fā)生擊穿
4.線圈應(yīng)盡可能繞制單層,這樣做可減小線圈地寄生電容,增強(qiáng)線圈對(duì)瞬時(shí)過電壓地承受能力。
共模電感如何抑制共模信號(hào)
目前已經(jīng)知道共模信號(hào)是兩個(gè)幅度相等、相位相同的信號(hào),共模信號(hào)一般來自電網(wǎng),共模信號(hào)會(huì)影響電路板的正常工作,也會(huì)以電磁波的形式干擾周圍環(huán)境。
既然是用電感來抑制共模信號(hào),那么這肯定和磁場(chǎng)相關(guān)。先來介紹通電螺線感,產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向(對(duì)于項(xiàng)目應(yīng)用而言,有些場(chǎng)合比如抑制共模信號(hào)而言,不太需要定量的計(jì)算,電感產(chǎn)生的磁場(chǎng)以及磁通量的大小,感興趣的童鞋,這里推薦一本書可以參考,《《開關(guān)電源中磁性元器件》》趙修科老師)。對(duì)于通電螺線管的磁場(chǎng)方向判斷方法為,右手握住螺管,四指指向電流方向,則拇指指向就是磁場(chǎng)方向。接下來介紹一個(gè)重要的名詞,即磁通。垂直通過一個(gè)截面的磁力線總量稱為該截面的磁通量,簡(jiǎn)稱磁通。磁力線是通電螺線管產(chǎn)生的,是實(shí)際存在的,只是看不見也摸不著,磁力線是一個(gè)閉和的回路,對(duì)于通電螺線管,磁力線都要經(jīng)過螺線管內(nèi)部,磁力線是與磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比的。如圖3所示為通電螺線管產(chǎn)生磁力線的示意圖。
共模電感如何抑制共模信號(hào)
圖3 螺線管磁力線
如圖4所示為,穿過某一截面的磁通
共模電感如何抑制共模信號(hào)
圖4 穿過截面的磁通
磁通量用F表示,是一個(gè)標(biāo)量,單位為韋伯,代號(hào)Wb。磁通量和磁感應(yīng)強(qiáng)度B以及截面積A的關(guān)系為:
F=BA
從關(guān)系式可以看出,穿過橫截面的磁力線越多,磁通量就越大。對(duì)于繞在磁芯上的線圈,在其上通電流i,則線圈的電感L可以表示為:
L=NF/i
N為線圈匝數(shù)。
到此為止,通過上述的簡(jiǎn)要概述,可以知道,繞在磁芯上的線圈在匝數(shù)和電流不變時(shí),磁芯中穿過的磁力線越多,那么磁通量就越大,則相對(duì)應(yīng)的電感量也越大。電感天生的作用就是阻止流過其上電流的變化,其實(shí)質(zhì)是阻止其磁通量的變化。這就是利用共模電感來抑制共模電流的基本原理。
如圖5所示為,共模電流在共模電感上產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度,電流I1產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1,電流I2產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2,兩條黃色箭頭分別表示電流I1和I2在鐵氧體中產(chǎn)生的磁力線,可以看出電流I1和I2產(chǎn)生的磁力線是相加的,故磁通也是相加的,那么電感量就是相加的,電感量越大,對(duì)電流的抑制能力就越強(qiáng)。
共模電感如何抑制共模信號(hào)
圖5共模電流在共模電感上的磁通分布
對(duì)于共模電感如何抑制共模電流用一句話可以解釋,即共模電感上流過共模電流時(shí)磁環(huán)中的磁通相互疊加,從而具有相當(dāng)大的電感量,對(duì)共模電流起到抑制作用。
當(dāng)兩個(gè)線圈流過差模電流時(shí),鐵氧體磁環(huán)中的磁力線相反,導(dǎo)致磁通相互抵消,幾乎沒有電感量,所以差模信號(hào)可以基本無衰減的通過(考慮到電感本身具有一定的電阻)。所以不僅對(duì)于開關(guān)電源的輸入濾波器加共模電感,在走差分信號(hào)線時(shí)也可以加上共模電感來抑制共模電流,以防止電路誤觸發(fā)等現(xiàn)象。
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