軟磁材料基礎(chǔ)知識連載（三）

共模電感工作原理與設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

1、共模點(diǎn)感工作原理：

在開關(guān)電源接到交流電網(wǎng)的輸入端，為減少對電網(wǎng)的干擾，通常都接有共模濾波器。使得電源滿足電磁兼容要求。

開關(guān)電源的共模濾波器（如圖），對相線L（進(jìn)入）和中線N（返回）電流在線圈中產(chǎn)生的磁場（差模）大小相等，而方向相反，合成磁場近似為零。而對干擾源雙線或電網(wǎng)（L和N）對大地同相噪聲（共模噪聲）呈現(xiàn)很大的阻抗。

開關(guān)電源應(yīng)滿足EN55022 B，VDE 0871B等電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)限額，頻率從150kHz～30MHz。濾波器頻帶很寬，要求共模濾波器應(yīng)當(dāng)具有1. 很高的磁導(dǎo)率和寬的頻率特性，2. 很低的高頻損耗，3. 較小的雜散磁場和寄生電容，4. 高的性能穩(wěn)定性。

開關(guān)電源產(chǎn)生的噪聲頻譜通常10kHz～50MHz。為了達(dá)到足夠的衰減量，電感阻抗必須在這些頻率范圍足夠高。共模電感總阻抗Zs由兩部分組成：串聯(lián)感抗Xs和串聯(lián)電阻Rs。在低頻時(shí)，電阻是阻抗的組要部分，而隨著頻率的增加，磁導(dǎo)率的實(shí)數(shù)磁導(dǎo)率開始下降，而磁芯中損耗上升，總阻抗略有上升；上升到更高頻率，分布電容器主要作用，總阻抗開始下降。故而共模電感的設(shè)計(jì)主要根據(jù)實(shí)際電路的測試情況，來決定噪聲抑制的頻段。

2、共模電感設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

R－環(huán)內(nèi)徑 r－內(nèi)徑減導(dǎo)線直徑 周長＝2πr

共模電感設(shè)計(jì)的主要參數(shù)是輸入電流，阻抗，和頻率。輸入電流有效值決定了電感線圈導(dǎo)體尺寸。電流密度可以取j=400A/cm2，與電感采用的絕緣和磁芯材料有關(guān)。通常選用單股導(dǎo)線，因?yàn)槌杀镜?，同時(shí)通過高頻電流的集膚效應(yīng)增加交流電阻也對噪聲衰減。

電網(wǎng)的內(nèi)阻抗也提供噪聲衰減，但電網(wǎng)阻抗很難確定，設(shè)計(jì)者可根據(jù)測試傳導(dǎo)干擾帶有阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)（LISN）的50Ω作為負(fù)載，這可能和實(shí)際相差很大。

設(shè)計(jì)從已知電感量（Ls＝Xs/2πf）開始，磁芯選擇有很大的隨意性。只要繞下滿足電感量的匝數(shù)。

共模電感有兩個(gè)相等匝數(shù)的線圈，通常是單層。為了達(dá)到線到線之間的安全要求，兩線圈分布在磁環(huán)上相對邊，通常只有1層，如果兩層，降低了高頻性能。每個(gè)線圈各占環(huán)內(nèi)圓周的150°~170°。

因?yàn)閷?dǎo)線尺寸總是由電網(wǎng)電流決定，內(nèi)圓周可以根據(jù)內(nèi)徑減去導(dǎo)線直徑計(jì)算。可以用每個(gè)線圈占有內(nèi)圓周長度除以帶有絕緣的導(dǎo)線直徑計(jì)算最大匝數(shù)。注意，為了兩個(gè)線圈間絕緣，每個(gè)線圈占據(jù)內(nèi)圓周150°~170°。這樣可根據(jù)環(huán)內(nèi)圓直徑減去導(dǎo)線帶漆皮直徑在150°~170°能繞的最大匝數(shù)。

算出最大匝數(shù)以后，就到手冊中選擇材質(zhì)。根據(jù)環(huán)形磁芯材質(zhì)的電感系數(shù)（AL）很容易計(jì)算需要的匝數(shù)：

其中N－匝數(shù)；L－電感量;AL －電感系數(shù)。