镍锌铁氧体 什么是共模扼流圈？共模电感如何选型？
01
【共模电感原理】
在介绍共模电感之前，我们先介绍一下扼流线圈。 扼流线圈是一种低阻抗线圈，用于减弱电路中的高频电流。 为了增加其电感量，扼流圈通常具有由软磁材料制成的磁芯。 共模扼流圈具有多个相同的线圈，其中电流以相反方向流动，因此扼流圈核心中的磁场相互抵消。 共模扼流圈通常用于抑制干扰辐射，因为此类干扰电流在不同线圈中方向相反，从而提高系统的 EMC。 对于这样的电流，共模扼流圈的电感非常高。 共模电感的电路图如图1所示。
共模信号和差模信号只是一个相对量。 共模信号也称为共模噪声或地噪声，是指两条线分别对地的噪声。 对于开关电源的输入滤波器来说，零线和火线都是电信号到地。 虽然零线和火线均不直接接地，但是零线和火线可以分别通过电路板上的寄生电容或杂散电容或寄生电感接地。 差模信号是指两条线路之间的直接信号差异，也可以称为电视差异。
假设有两个信号V1和V2
共模信号为(V1+V2)/2
差模信号为：对于V1(V1-V2)/2； 对于 V2 - (V1-V2)/2
共模信号特性：等幅、同相位的信号。
差模信号特性：信号幅值相等、相位相反。
图2为差模信号和共模信号的示意图。
图2 差模信号和共模信号示意图
02
【差模噪声和共模噪声的主要来源】
对于开关电源来说，如果整流桥后的大储能滤波电容是理想电容，即等效串联电阻为零（忽略所有电容性寄生参数），则输入到电源的所有可能的差模噪声源电容器被完全旁路或去耦，但大容量电容器的等效串联电阻不为零。 因此，从差模噪声发生器看来，输入电容器的等效串联电阻是阻抗 Zdm 的主要部分。 输入电容除了承受从电源线流出的工作电流外，还必须提供开关管所需的高频脉冲电流。 然而，无论怎样，流过电阻的电流不可避免地会产生压降，如电容器的等效串联电阻，因此输入滤波器电容器两端会出现高频电压纹波，并且高频高电压。 -电压纹波来自差模电流。 它基本上是一个电压源（由等效串联电阻产生）。 理论上，当整流桥导通时，这种高频纹波噪声应该只出现在整流桥的输入侧。 事实上，当整流桥关断时，噪声会通过整流桥二极管的寄生电容泄漏。
高频电流流入机箱的偶然路径有很多。 当开关电源中主开关管的漏极跳高跳低时，电流会流经开关管与散热器（散热器与外壳相连或散热器为外壳）之间的寄生电容。 当交流电网电流保持整流桥导通时，注入底盘的噪声遇到几乎相等的阻抗，因此均匀地流入中性线和火线。 因此，这是纯共模噪声。
03
【共模电感如何抑制共模信号】
现在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，还会以电磁波的形式干扰周围环境。
由于电感是用来抑制共模信号的，所以这必然与磁场有关。 首先介绍一下通电螺旋的意义和产生磁场的方向（对于项目应用来说，有些情况比如抑制共模信号，不需要定量计算。电感产生的磁场和尺寸磁通量的研究，有兴趣的童鞋，这里推荐一本书供参考，赵秀科老师）。 确定通电螺线管磁场方向的方法是用右手握住螺线管，将四个手指指向电流方向。 然后拇指指向磁场方向。 接下来介绍一个重要的术语，即磁通量。 垂直穿过横截面的磁力线总量称为该横截面的磁通量，简称磁通量。 磁力线由通电的螺线管产生。 它们确实存在。 它们只是看不见、摸不着的。 磁力线是一个闭环。 对于通电螺线管，磁力线必须穿过螺线管内部。 磁力线与磁感应强度B.成正比。 图 3 显示了通电螺线管产生的磁场线示意图。
图3 螺线管磁力线
如图4所示，通过某一截面的磁通量
图4 通过横截面的磁通量
磁通量用F表示，是一个标量，单位为韦伯，代号为Wb。 磁通量、磁感应强度B和横截面积A之间的关系为：
F=BA
从关系式可以看出，穿过截面的磁力线越多，磁通量就越大。 对于缠绕在磁芯上的线圈，流过电流 i 时，线圈的电感 L 可以表示为：
L=NF/i
N 是线圈匝数。
至此，通过上面的简单概述，我们可以知道，当磁芯上绕制的线圈匝数和电流不变时，穿过磁芯的磁力线越多，磁通量就越大，磁通量也越大。相应的电感量也较大。 电感器的自然功能是防止流过它的电流发生变化。 其本质是防止其磁通量发生变化。 这就是利用共模电感抑制共模电流的基本原理。
如图5所示，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。 两个黄色箭头分别代表烙铁中的电流I1和I2。 从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，因此磁通量也是相加的。 那么电感是相加的。 电感越大，抑制电流的能力越强。 强大的。
图5 共模电感上共模电流的磁通分布
共模电感如何抑制共模电流可以用一句话来解释：当共模电流流过共模电感时，磁环中的磁通量相互叠加，产生相当大的电感，抑制共模电流。 。
当差模电流流过两个线圈时，铁氧体磁环中的磁力线方向相反，导致磁通量相互抵消，几乎不存在电感，因此差模信号无需经过任何线圈即可通过。衰减（考虑到电感本身有一定的电阻）。 因此，不仅在开关电源的输入滤波器中添加共模电感，而且在使用差分信号线时也可以添加共模电感来抑制共模电流，防止电路误触发等现象。
04
【共模电感的选择】
根据共模电感的额定电流、直流电阻以及额定频率下的阻抗值要求，可以分步骤进行设计：
1 根据阻抗值计算最小电感值
2 选择共模电感磁芯材料和磁芯尺寸
3 确定线圈匝数
4 选择电线
共模电感最小电感值计算公式：
Xl为频率为f时的阻抗值
扼流圈电感值是负载（单位：欧姆）除以转角频率或信号开始衰减的频率以上。 例如，在50Ω负载中，当频率达到或以上时信号开始衰减，需要1.99mH（50/2π×4000））的电感。 相应的共模滤波器结构如下图6所示：
选择滤波所需的频段。 共模阻抗越大越好。 因此，选择共模电感时需要看器件数据，主要是根据阻抗频率曲线。
电感量计算出来后就和普通设计电感一样了，这里不再赘述。
自己绕制电感时应注意以下几点：
1）绕在线圈铁芯上的导线应相互绝缘，保证线圈匝间在瞬时过电压作用下不发生击穿短路。
2）线圈中流过瞬时大电流时，磁芯不应饱和。
3）线圈中的磁芯应与线圈绝缘，防止两者在瞬时过电压作用下击穿。
4）线圈应尽量单层绕制。 这样可以减小线圈的寄生电容，增强线圈承受瞬时过电压的能力。
选择共模电感磁芯时，必须考虑形状、尺寸、适用频段、温升和价格。 常用的铁芯有U型、E型和环形。
相对而言，环形磁芯更便宜，因为只能制作一个环形磁芯。 对于其他形状的磁芯，必须使用一对共模电感。 成型时，考虑到两个磁芯的匹配，必须增加磨削工序，以获得较高的导磁率。 然而，对于环形磁芯来说，则没有必要。 这样; 与其他异形磁芯相比，环形磁芯具有更高的有效磁导率。 由于无论两对磁芯如何组装，气隙都无法消除，因此其有效导磁率比单个闭合形状磁芯的有效磁导率高。 核心应该低。 但环形铁芯绕制成本较高，因为其他形状的铁芯在使用时都有配套的线架，可以用机器绕制，而环形铁芯只能手工或机器绕制（速度较低） ; 磁环孔径较小。 、机器穿线难度大，需要人工绕线，费时费力，加工成本高，效率低； 安装不方便，如果加底座则成本增加。 综合性能比较，磁环性能更好，价格也更高。 由于成本因素，磁环多用于大功率电源。 当然，由于磁环磁芯体积小，可以用于需要体积的小功率电源。 对于主要作用是滤除低频噪声的共模电感，应选用高导磁率的锰锌铁氧体磁芯； 反之，应选用适合高频的镍锌铁氧体磁芯或磁粉磁芯。 通常适用于高频磁芯。 由于它具有分布气隙，因此磁导率相对较低，两者无法同时达到。 但与普通电感不同，共模电感的作用是对噪声信号形成较大的插入损耗，以降低噪声干扰。 在高频时，虽然锰锌铁氧体的有效磁导率很小，但磁芯损耗随着频率的升高而增大，对高频噪声有较大的阻碍作用，因此也可以减弱高频干扰，但效果比较差。 然而，较大的磁芯损耗会导致磁芯发热，而损耗较小的磁芯则更昂贵。