共模电感方案设计

　　近些年，因为政府部门或别的团宥訣MC（电磁兼容测试）日益高度重视，技术工程师们在产品设计时也是十分留意设备的电磁辐射难题。尤其值得一提的是：直流电SPWM很高的电源开关頻率及顶峰单脉冲斜波便是一典型性的EMI（干扰信号）。

　　共模电感便是一个主要的抗干扰信号零件，它能够在一宽屏标准下给予十分高的特性阻抗。大部分EMI过滤器关键构件便是一共模电感。在此篇中，关键详细介绍共模电感的制定及磁心选料难题。

　　2.基本上的共模

　　开关电源电路有二种噪音：一为共模，另一为差模。与输进讯号的方向一样的噪音称作差模噪音，而每相同样的从接地装置到导出的顶峰数据信号称作共模噪音。（详细图1A和1B）

　　一典型性抗干扰信号过滤器包括共模电感，差模电感及X，Y电容。Y电容和共模电感使共模噪音衰减系数。在高频率噪音时，电感器展现高特性阻抗特点，而且反射面和消化吸收噪音。殊不知电容器呈低特性阻抗（至接地装置）且更改主线任务的噪音方位。（见图2）

　　共模电感两绕阻匝数是同样的，造成两尺寸相同方位相对的磁通量。此两磁通量互相相抵。因而使磁心处在无偏磁情况。差模电感只有一个绕阻，必须磁心给予一彻底无饱和状态线形电流量。此与共模电感有很大的不一样。为避免磁饱和状态，差模电感务必应用一低的合理导磁率的磁心（有磁密的铁氧体磁芯或粉丝磁心）。殊不知，共模电感能够应用一较高的导磁率磁心且在磁心相对性小的标准下可获得一较为高的电感器。

　　3.磁心选料

　　最先，噪音是由开关电源电路的企业基频所造成的，再再加上高频率谐波电流。也就是表明噪音在10KHz到50MHz范畴内都是会存有。因此，电感器务必有更宽的工作频率范畴内存有高特性阻抗特点。共模电感的总特性阻抗由两部份构成：串连阻抗角（Xs）和串联电阻（Rs）。在高频时，特性阻抗呈阻抗角特点。但伴随着次数的提升，合理导磁率降低，阻抗角亦在降低。（见图3）由串连阻抗角（Xs）和串联电阻（Rs）的相互影响，在全部频宽内造成一可接纳的特性阻抗（Zs）。

　　针对绝大多数商品而言，共模电感的磁心都采用铁氧体磁芯（镍锌系和锰锌系）。镍锌系磁心的特征是具备较低的初导磁率，但在十分高的頻率（超过100MHz）时，仍能维持初导磁率。而锰锌系则正好相反，其具备很高的初导磁率，但在次数很低（20KHz）时，导磁率很有可能会衰减系数。因为镍锌系磁心有很低的初导磁率，因此 在高频时，不能造成高特性阻抗特点。殊不知锰锌系磁心在高频时，能带来十分高的特性阻抗特点，且十分适用10KHz到50MHz的抗干扰信号。根据此，文中只集中化探讨锰锌系磁心。

　　锰锌系磁心有很各种样子：环状，E形，罐形，RM形及EP形这些。但针对大部分共模电感全是应用环状磁心。主要是有下列二种益处：

　　第一：环状磁心较为划算。由于环状只有一个就可制做，而其它样式的磁心务必有一对才可以组成共模电感所需，且在成形时，因考虑到两磁心的匹配难题，还须提升碾磨工艺流程（如镜面玻璃磁心）才可以获得较高的导磁率。针对环状磁心却不需这般。

　　第二：与其他样子磁心对比环状磁心有较高的合理导磁率。由于两匹配磁心在组装时，不管怎样工作都不能清除磁密的状况，故合理导磁率比仅有单一封闭式形磁心要低。

　　环状磁心有一缺陷：缠线成本费较高。因别的样子磁心有一配套设施线架在应用，缠线都能够设备工作，而环状磁心只能够手工作业或设备（速率较低）工作。但一般状况下，共模电感匝数较少（低于30圈），故缠线成本费非常少。

　　根据以上缘故，下边的共模电感全是对应用环状磁心的描述。

　　4.设计方案考虑到

　　共模电感设计室需的主要参数为：键入电流量，特性阻抗及頻率。键入电流量决策了绕阻需要的电缆线径。在预估电缆线径时，电流强度一般 赋值为400A/cm3。但此选值须随电感器升温的转变。一般状况下，绕阻应用单条输电线工作，那样可减少高频率噪音及集肤效应损害。

　　共模电感的特性阻抗在所给的頻率标准一般要求为极小值。串连的线形特性阻抗可给予一般规定的噪音衰减系数。但很悲剧，线形特性阻抗有非常少的人了解，因而设计方案工作人员常常以50W线形特性阻抗平稳互联网仪来检测共模电感，并逐渐变成一种规范检测共模电感特性的方式 。但得到的结论与具体一般 有非常大的区别。事实上，共模电感在一切正常时角频最先会形成每八音度提升-6dB衰减系数（角频是共模电感造成-3dB）的頻率此角频一般 很低，便于阻抗角可以给予特性阻抗。故电感器可以用上式来表述：

　　Ls=Xx/2πf （1）

　　电感器大家都了解，但值得一提的是，设计方案时需留意磁心，磁心材料及所需要的匝数。最先，设计方案第一步是磁心型号规格的选择，如果有要求电感器室内空间，大家就按此室内空间来选择适合的磁心型号规格，如沒有要求，一般 磁心型号规格的随便选择；

　　第二步是测算磁心能够绕较大匝数。共模电感有两绕阻，一般为单面，且每绕阻遍布在磁心的每一边，两绕阻正中间须分隔一定的间距。两层及沉积绕阻亦有有时候应用，但此类做法会提升绕阻的分布电容及减少电感器的高频率特性。因为铜心线的电缆线径已由线形电流量的尺寸所决策，内圆周长能够由磁心的内孔半经减掉铜心线半经测算获得。故较大匝数的就可以铜心线加绝缘层的电线规格及每一个绕阻所占有的圆上来测算。

　　5.设计案例

　　规定：在输出功率为10KHz，键入线形电流量为3A（RMS）时，特性阻抗为100 欧的共模电感。

　　1）选择电缆线径

　　铜心线截面=3A/400A/cm2=0.0075cm2

　　铜心线电缆线径=2

　　=0.98mm

　　取铜心线线为1.0mm

　　2）测算最少电感器值

　　3）倘若无特定室内空间，任取一磁心

　　內径（ID）=13.72 /-0.38=13.34mm MIN

　　4）测算内圆周长和较大可转圈数

　　内圆周长=3.14&TImes;（13.34-1.08）=38.5mm

　　较大匝数=（160/360）&TImes;38.5/1.08=15.8TS或16TS

　　5）测算磁心的AL值，并选择材料

　　磁心的AL极小值=1.59/162=6211nH/TS2MIN

　　因而种磁心AL值转变 范畴一般为 /-30%故磁心的AL值取9000nH/TS2，以以上标准，就可以选择一适合磁心。

　　6.汇总

　　共模电感的设计方案看上去十分简易，但事实上，它还有点儿繁杂。为了更好地避免磁心饱和状态时，务必考虑到溫度及地应力这些要素。但假如对磁心原材料特点较为掌握，此难题就容易处理。该文仅仅讲解了共模电感基本上的设计方法，期待对各位有一定的作用并能带来其他的参照建议！

　　零欧电阻器、磁珠、电感器有什么差别

　　电感器是储能技术元器件，多用以开关电源过滤控制回路、LC谐振电路、中高频的低通滤波器等，其使用頻率范畴非常少超出50MHz。对电感器来讲，它的阻抗角是和次数成比例的。这还可以由公式计算：XL = 2πfL 来表明，在其中XL是阻抗角（企业是Ω）。比如：一个理想化的10mH电感器，在10 kHz时，阻抗角是628Ω；在100 MHz时，提升到6.2MΩ。因而在100MHz 时，此电感器能够视作引路（open circuit）。在100MHz时，若让一个信号根据此电感器，可能导致此信号质量的降低。

　　磁珠（ferrite bead）的原料是铁镁或铁镍合金，这种资料具备有很高的电阻和导磁率，在高频和高特性阻抗下，电感器内电磁线圈中间的电容器会最少。磁珠一般 只适用高频电路，由于在高频时，他们大部分是享有电感器的详细特点（包括有电阻器和抵抗性份量），因而会导致路线上的些许损害。而在高频率时，它大部分只具备抵抗性份量（jωL），而且抵抗性份量会伴随頻率升高而提升。象一些RF 电源电路，PLL，谐振电路，含超高频率储存器电源电路（DDR，SDRAM，RAMBUS 等）都必须在开关电源输进一部分加磁珠。事实上，磁珠是频射动能的高频率光衰减器。实际上 ，能够将磁珠视作一个电阻并联一个电感器。在高频时，电阻器被电感器「短路故障」，电流量流入电感器；在高频率时，电感器的高阻抗角驱使电流流向电阻器。实质上，磁珠是一种「损耗设备（dissipaTIve device）」，它会将高频率热传递成能源。因而，在效率上，它只有被当做电阻器来表述，而不是电感器。

　　零欧电阻的作用以下：

　　1，在线路中并没有其他作用，仅仅在PCB 上为了更好地调节便捷或兼容设计方案等缘故。

　　2，能够做漏线用，假如某一段路线无需，立即补助该电阻器就可以（不影响到外型）

　　3，在配对电源电路主要参数不确定性的情况下，以0ohm替代，具体调节的情况下，明确主要参数，再以实际数据的元器件替代。

　　4，想测某一部分线路的耗电流量的情况下，能够除掉0ohm电阻器，接好电流计，那样便捷测耗电流量。

　　5，在铺线时，假如确实布不过去，还可以加一个0ohm的电阻器

　　6，在高频率数据信号下，当做电感器或电容器。（与外界电源电路特点相关）电感器用，关键

　　是处理EMC难题。（如地与地，开关电源和IC Pin 间）

　　7，点射接地装置（指接地保护、保护接地、直流电接地装置在设施上互相分离，分别变成单独系统软件。）

　　8，熔断器功效

　　①仿真模拟地和数据地点射接地装置

　　只需是地，最后都需要收到一起，随后入地面。假如不接在一起便是浮地，存有压力差，非常容易累积正电荷，导致静电感应。地是参照0电位差，全部工作电压全是参照地得到的，地的规范要一致，故各种各样地应接线在一起。大家觉得地面可以消化吸收全部正电荷，自始至终保持平稳，是最后的地考试点。尽管有一些木板沒有接地面，但发电站是接地面的，木板上的开关电源最后依然会回到发电站入地。假如把仿真模拟地和数据的大

　　总面积立即相接，会造成相互之间影响。不接线又不当之处，原因如上面有四种方式 处理此难题：

　　1、用磁珠联接；磁珠的闭合电路等同于带阻限波器，只对某一个频段的噪音有明显抑制效果，应用时必须事先可能杂点頻率，便于选择适度型号规格。针对頻率不确定性或没法预见的状况，磁珠不符合。

　　2、用电容器联接； 电容器隔直达交，易导致浮地。

　　3、用电感器联接； 电感器容积大，杂散主要参数多，不稳定。

　　4、用0 欧姆电阻联接； 0 欧电阻器等同于窄小的电流量通道，可以高效地限定环城路电流量，使噪音获得抑止。电阻器在全部频段上都是有衰减系数功效（0 欧电阻器也是有特性阻抗），这一点比磁珠强。

　　②跨接线时用以电流量控制回路

　　当切分电地平面图后，导致数据信号最短流回途径破裂，这时，数据信号控制回路迫不得已绕路，产生非常大的环城路总面积，静电场和磁场强度的危害就变好了，非常容易影响被影响。在划分区上跨接线0 欧电阻器，能够 带来较短的流回途径，减少影响。

　　③配备电源电路

　　一般，商品上不能发生漏线和拨码开关。有时候客户会动来动去设定，易造成误解，为了更好地降低维护费，运用0 欧电阻器替代漏线等焊在板材上。闲置漏线在高频率时等同于无线天线，用电阻效果非常的好。

　　④别的主要用途：

　　A、走线时跨线 B、调节检测用 C、临时性替代别的贴片式元器件 D、做为溫度补

　　偿元器件大量情况下是出自于EMC 防范措施的必须 。此外，0 欧姆电阻比焊盘的内寄生电感器小，并且过孔还会继续危害地平面图（由于要挖孔）。

　　①作为漏线应用。那样既美观大方，安裝也便捷。

　　②在数字化和仿真模拟等混和线路中，通常规定2个地分离，而且点射联接。我们可以用一个0欧的阻值来联接这两个地，而不是立即连在一起。那样做的优势便是，接地线被分为了2个互联网，在大规模铺铜等解决时，便会便捷得多。附加提醒一下，那样的场所，有时候也会用电感器或是磁珠等来联接。

　　③做熔断丝用。因为PCB上布线的短路电流量很大，假如出现短路故障过电流等常见故障时，难以融断，很有可能会产生很大的安全事故。因为0欧电阻器电流量承受力非常弱（实际上0欧电阻器也是有一定的电阻值的，仅仅不大罢了），过电流时就先将0欧电阻器融断了，进而将电源电路断掉，避免 了更高安全事故的产生。有时候也会用一些电阻值为零点几或是几欧的小电阻器来做熔断丝。但是不太强烈推荐那样来用，但很多厂家为了更好地节约成本，就用此凑合了。

　　④为调节预埋的部位。能够按照必须，决策是不是安裝，或是别的的值。有时候也会用*来标明，表明由调节时决策。

　　⑤做为配备电源电路应用。这一功效跟漏线或是拨码开关相近，可是根据电焊焊接固定不动上来的，那样就规避了普通用户随便改动配备。根据组装不一样部位的电阻器，就可以变更电源电路的作用或是设定详细地址。

　　0欧的电阻值的规格型号，一般是按输出功率来分，如1/8瓦，1/4瓦这些。

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