共模電感的作用和設(shè)計(jì)要點(diǎn)有哪些?
出處:OFweek電子工程 發(fā)布于:2019-05-07 13:46:40
共模電感也叫共模扼流圈,常用于電腦的開(kāi)關(guān)電源中過(guò)濾共模的電磁干擾信號(hào)。在板卡設(shè)計(jì)中,共模電感也是起EMI濾波的作用,用于抑制高速信號(hào)線產(chǎn)生的電磁波向外輻射發(fā)射。PC板卡上的芯片在工作過(guò)程中既是一個(gè)電磁干擾對(duì)象,也是一個(gè)電磁干擾源??偟膩?lái)說(shuō),我們可以把這些電磁干擾分成兩類:串模干擾與共模干擾。
如果板卡產(chǎn)生的共模電流不經(jīng)過(guò)衰減過(guò)濾,那么共模干擾電流就很容易通過(guò)接口數(shù)據(jù)線產(chǎn)生電磁輻射——在線纜中因共模電流而產(chǎn)生的共模輻射。美國(guó)FCC、國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì)的CISPR22以及我國(guó)的GB9254等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等都對(duì)信息技術(shù)設(shè)備通信端口的共模傳導(dǎo)干擾和輻射發(fā)射有相關(guān)的限制要求。為了消除信號(hào)線上輸入的干擾信號(hào)及感應(yīng)的各種干擾,我們必須合理安排濾波電路來(lái)過(guò)濾共模和串模的干擾,共模電感就是濾波電路中的一個(gè)組成部分。
共模電感實(shí)質(zhì)上是一個(gè)雙向?yàn)V波器:一方面要濾除信號(hào)線上共模電磁干擾,另一方面又要抑制本身不向外發(fā)出電磁干擾,避免影響同一電磁環(huán)境下其他電子設(shè)備的正常工作 。
共模電感的工作原理
共模電感的濾波電路,La和Lb就是共模電感線圈。這兩個(gè)線圈繞在同一鐵芯上,匝數(shù)和相位都相同(繞制反向)。這樣,當(dāng)電路中的正常電流流經(jīng)共模電感時(shí),電流在同相位繞制的電感線圈中產(chǎn)生反向的磁場(chǎng)而相互抵消,此時(shí)正常信號(hào)電流主要受線圈電阻的影響;當(dāng)有共模電流流經(jīng)線圈時(shí),由于共模電流的同向性,會(huì)在線圈內(nèi)產(chǎn)生同向的磁場(chǎng)而增大線圈的感抗,使線圈表現(xiàn)為高阻抗,產(chǎn)生較強(qiáng)的阻尼效果,以此衰減共模電流,達(dá)到濾波的目的。
事實(shí)上,將這個(gè)濾波電路一端接干擾源,另一端接被干擾設(shè)備,則La和C1,Lb和C2就構(gòu)成兩組低通濾波器,可以使線路上的共模EMI信號(hào)被控制在很低的電平上。該電路既可以抑制外部的EMI信號(hào)傳入,又可以衰減線路自身工作時(shí)產(chǎn)生的EMI信號(hào),能有效地降低EMI干擾強(qiáng)度。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的一種小型共模電感,采用高頻之雜訊抑制對(duì)策,共模扼流線圈結(jié)構(gòu),訊號(hào)不衰減,體積小、使用方便,具有平衡度佳、使用方便、高品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。廣泛使用在雙平衡調(diào)音裝置、多頻變壓器、阻抗變壓器、平衡及不平衡轉(zhuǎn)換變壓器等。
共模電感在源電路中的作用
電感器作為磁性元件的重要組成部分,被廣泛應(yīng)用于電力電子線路中。尤其在電源電路中更是不可或缺的部分。如工業(yè)控制設(shè)備中的電磁繼電器,電力系統(tǒng)之電功計(jì)量表。開(kāi)關(guān)電源設(shè)備輸入和輸出端的濾波器,電視接收與發(fā)射端之調(diào)諧器等等均離不開(kāi)電感器。電感器在電子線路中主要的作用有:儲(chǔ)能、濾波、扼流、諧振等。在電源電路中,由于電路處理的均是大電流或高電壓的能量傳遞,故電感器多為“功率型”電感。
正是因?yàn)楣β孰姼胁煌谛⌒盘?hào)處理電感,在設(shè)計(jì)時(shí)因開(kāi)關(guān)電源的拓?fù)浞绞讲灰粯?,設(shè)計(jì)方式也就各有要求,造成設(shè)計(jì)的困難。當(dāng)前電源電路中的電感器主要用于濾波、儲(chǔ)能、能量傳遞以及功率因數(shù)校正等。電感器設(shè)計(jì)涵蓋了電磁理論,磁性材料以及安規(guī)等諸多方面的知識(shí),設(shè)計(jì)者需對(duì)工作情況和相關(guān)參數(shù)要求有清楚了解以作出合理的設(shè)計(jì)。
共模電感的設(shè)計(jì)思路
在設(shè)計(jì)共模電感之前,首先要考察線圈須行符合以下原則:
1、正常工作狀態(tài)下,不致因通電電源電流而造成磁芯飽和。
2、對(duì)高頻干擾信號(hào)要有足夠大的阻抗,且有一定的頻寬,而對(duì)工作頻率之信號(hào)電流有的阻抗。
3、電感的溫度系數(shù)應(yīng)小,而分布電容宜小。
4、直流電阻應(yīng)盡量小。
5、感應(yīng)電感應(yīng)盡量大,電感值需穩(wěn)定。
6、繞組間之絕緣性須滿足安規(guī)要求。
由于國(guó)家的EMI相關(guān)規(guī)范并不健全,部分廠商為了省料就鉆了這個(gè)空子,在整體防EMI性能上都大肆省料壓縮成本,其中就包括共模電感的省略,這樣做的直接后果就是主板防EMI性能極其低下;但是對(duì)于那些整體設(shè)計(jì),用料不縮水的主板,即使沒(méi)有共模電感,其整體防EMI性能仍能達(dá)到相關(guān)要求,這樣的產(chǎn)品仍然是合格的。因此,單純就是否有共模電感這一點(diǎn)來(lái)判斷主板的優(yōu)劣并不恰當(dāng)。
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