軟磁材料基礎知識連載（三）

共模電感工作原理與設計要點(diǎn)：

1、共模點(diǎn)感工作原理：

在開(kāi)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(mǎn)足電磁兼容要求。

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

開(kāi)關(guān)電源應滿(mǎn)足EN55022 B，VDE 0871B等電磁兼容標準限額，頻率從150kHz～30MHz。濾波器頻帶很寬，要求共模濾波器應當具有1. 很高的磁導率和寬的頻率特性，2. 很低的高頻損耗，3. 較小的雜散磁場(chǎng)和寄生電容，4. 高的性能穩定性。

開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的噪聲頻譜通常10kHz～50MHz。為了達到足夠的衰減量，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(zhù)頻率的增加，磁導率的實(shí)數磁導率開(kāi)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(kāi)始下降。故而共模電感的設計主要根據實(shí)際電路的測試情況，來(lái)決定噪聲抑制的頻段。

2、共模電感設計要點(diǎn)：

R－環(huán)內徑 r－內徑減導線(xiàn)直徑 周長(cháng)＝2πr

共模電感設計的主要參數是輸入電流，阻抗，和頻率。輸入電流有效值決定了電感線(xiàn)圈導體尺寸。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)。通常選用單股導線(xiàn)，因為成本低，同時(shí)通過(guò)高頻電流的集膚效應增加交流電阻也對噪聲衰減。

電網(wǎng)的內阻抗也提供噪聲衰減，但電網(wǎng)阻抗很難確定，設計者可根據測試傳導干擾帶有阻抗平衡網(wǎng)絡(luò )（LISN）的50Ω作為負載，這可能和實(shí)際相差很大。

設計從已知電感量（Ls＝Xs/2πf）開(kāi)始，磁芯選擇有很大的隨意性。只要繞下滿(mǎn)足電感量的匝數。

共模電感有兩個(gè)相等匝數的線(xiàn)圈，通常是單層。為了達到線(xiàn)到線(xiàn)之間的安全要求，兩線(xiàn)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(xiàn)圈各占環(huán)內圓周的150°~170°。

因為導線(xiàn)尺寸總是由電網(wǎng)電流決定，內圓周可以根據內徑減去導線(xiàn)直徑計算?？梢杂妹總€(gè)線(xiàn)圈占有內圓周長(cháng)度除以帶有絕緣的導線(xiàn)直徑計算最大匝數。注意，為了兩個(gè)線(xiàn)圈間絕緣，每個(gè)線(xiàn)圈占據內圓周150°~170°。這樣可根據環(huán)內圓直徑減去導線(xiàn)帶漆皮直徑在150°~170°能繞的最大匝數。

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

其中N－匝數；L－電感量;AL －電感系數。