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共模電感和磁珠設(shè)計(jì)總結(jié)

發(fā)布時(shí)間:2018-07-20 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】共模電感(Common mode Choke),也叫共模扼流圈,是在一個(gè)閉合磁環(huán)上對(duì)稱繞制方向相反、匝數(shù)相同的線圈。理想的共模扼流圈對(duì)L(或N)與E之間的共模干擾具有抑制作用,而對(duì)L與N之間存在的差模干擾無電感抑制作用。
 
但實(shí)際線圈繞制的不完全對(duì)稱,會(huì)導(dǎo)致差模漏電感的產(chǎn)生。信號(hào)電流或電源電流在兩個(gè)繞組中流過時(shí)方向相反,產(chǎn)生的磁通量相互抵消,扼流圈呈現(xiàn)低阻抗。共模噪聲電流(包括地環(huán)路引起的騷擾電流,也處稱作縱向電流)流經(jīng)兩個(gè)繞組時(shí)方向相同,產(chǎn)生的磁通量同向相加,扼流圈呈現(xiàn)高阻抗,從而起到抑制共模噪聲的作用。
 
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。
 
共模扼流圈可以傳輸差模信號(hào),直流和頻率很低的差模信號(hào)都可以通過,而對(duì)于高頻共模噪聲則呈現(xiàn)很大的阻抗,所以它可以用來抑制共模電流騷擾。
 
扼流圈一般用在電源線輸入端。
 
工作原理
 
共模電感和磁珠設(shè)計(jì)總結(jié)
 
共模電感扼流圈是開關(guān)電源、變頻器、UPS電源等設(shè)備中的一個(gè)重要部分。其工作原理:當(dāng)工作電流流過兩個(gè)繞向相反線圈時(shí),產(chǎn)生兩個(gè)相互抵消的磁場H1、H2,此時(shí)工作電流主要受線圈歐姆電阻以及可忽略不計(jì)的工作頻率下小漏電感的阻尼。如果有干擾信號(hào)流過線圈時(shí),線圈即呈現(xiàn)出高阻抗,產(chǎn)生很強(qiáng)的阻尼效果,達(dá)到衰減干擾信號(hào)作用。
 
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(和少量因漏感造成的阻尼);當(dāng)有共模電圖2 圖3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。
 
共模電感和磁珠設(shè)計(jì)總結(jié)
 
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。
 
還有一種共模濾波器電感/EMI濾波器電感采用鐵氧體磁心,雙線并繞,雜訊抑制對(duì)策佳,高共模噪音抑制和低差模噪聲信號(hào)抑制,低差模噪聲信號(hào)抑制干擾源,在高速信號(hào)中難以變形,體積小、具有平衡度佳、使用方便、高品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。廣泛使用在抑制電子設(shè)備EMI噪音、個(gè)人電腦及外圍設(shè)備的 USB線路、DVC、STB的IEEE1394線路、液晶顯示面板、低壓微分信號(hào)。。。等。
 
插入損耗特性
 
共模電感和磁珠設(shè)計(jì)總結(jié)
 
共模扼流圈插入損耗特性是由其在干擾頻譜下的阻抗特性來衡量的。
 
當(dāng)頻率范圍為0.01~1MHZ時(shí),阻抗主要取決于線圈電感L。
 
當(dāng)頻率范圍為1~10MHZ時(shí),阻抗主要取決于繞組分布電容CK。
 
當(dāng)頻率范圍為》10MHZ時(shí),阻抗與繞組電容、主回路電感、漏電感和磁芯鐵損與銅損所組成的并聯(lián)電路有關(guān)(ZS為等效阻抗)。
共模扼流圈的應(yīng)用
 
1.開關(guān)電源抑噪濾波器
 
2.電源線和信號(hào)線靜電噪音濾波器
 
3.變換器和超聲設(shè)備等輻射干擾抑制器
 
漏感和差模電感
 
對(duì)理想的電感模型而言,當(dāng)線圈繞完后,所有磁通都集中在線圈的中心內(nèi)。但通常情況下環(huán)形線圈不會(huì)繞滿一周,或繞制不緊密,這樣會(huì)引起磁通的泄漏。共模電感有兩個(gè)繞組,其間有相當(dāng)大的間隙,這樣就會(huì)產(chǎn)生磁通泄漏,并形成差模電感。因此,共模電感一般也具有一定的差模干擾衰減能力。
 
在濾波器的設(shè)計(jì)中,我們也可以利用漏感。如在普通的濾波器中,僅安裝一個(gè)共模電感,利用共模電感的漏感產(chǎn)生適量的差模電感,起到對(duì)差模電流的抑制作用。有時(shí),還要人為增加共模扼流圈的漏電感,提高差模電感量,以達(dá)到更好的濾波效果。
 
磁珠
 
磁珠專用于抑制信號(hào)線、電源線上的高頻噪聲和尖峰干擾,還具有吸收靜電脈沖的能力。磁珠是用來吸收超高頻信號(hào),一些RF電路,PLL,振蕩電路,含超高頻存儲(chǔ)器電路(DDR SDRAM,RAMBUS等)都需要在電源輸入部分加磁珠,而電感是一種蓄能元件,用在LC振蕩電路,中低頻的濾波電路等,其應(yīng)用頻率范圍很少超過錯(cuò)50MHZ。
 
磁珠的功能主要是消除存在于傳輸線結(jié)構(gòu)(電路)中的RF噪聲,RF能量是疊加在直流傳輸電平上的交流正弦波成分,直流成分是需要的有用信號(hào),而射頻RF能量卻是無用的電磁干擾沿著線路傳輸和輻射(EMI)。
 
要消除這些不需要的信號(hào)能量,使用片式磁珠扮演高頻電阻的角色(衰減器),該器件允許直流信號(hào)通過,而濾除交流信號(hào)。通常高頻信號(hào)為30MHz以上,然而,低頻信號(hào)也會(huì)受到片式磁珠的影響。
 
磁珠的單位是歐姆,而不是亨特,這一點(diǎn)要特別注意。因?yàn)榇胖榈膯挝皇前凑账谀骋活l率產(chǎn)生的阻抗來標(biāo)稱的,阻抗的單位也是歐姆。磁珠的DATASHEET上一般會(huì)提供頻率和阻抗的特性曲線圖,一般以100MHz為標(biāo)準(zhǔn),比如1000R@100MHz,意思就是在100MHz頻率的時(shí)候磁珠的阻抗相當(dāng)于600歐姆。
 
要正確的選擇磁珠,必須注意以下幾點(diǎn):
 
1、不需要的信號(hào)的頻率范圍為多少;
 
2、噪聲源是誰;
 
3、需要多大的噪聲衰減;
 
4、環(huán)境條件是什么(溫度,直流電壓,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度);
 
5、電路和負(fù)載阻抗是多少;
 
6、是否有空間在PCB板上放置磁珠。
 
磁珠的等效電路相當(dāng)于帶阻限波器,只對(duì)某個(gè)頻點(diǎn)的噪聲有顯著抑制作用,使用時(shí)需要預(yù)先估計(jì)噪點(diǎn)頻率,以便選用適當(dāng)型號(hào)。對(duì)于頻率不確定或無法預(yù)知的情況,磁珠不合適。
 
前三條通過觀察廠家提供的阻抗頻率曲線就可以判斷。在阻抗曲線中三條曲線都非常重要,即電阻,感抗和總阻抗。最大阻抗而在低頻和直流下信號(hào)衰減盡量小的磁珠型號(hào)。 片式磁珠在過大的直流電壓下,阻抗特性會(huì)受到影響,另外,如果工作溫升過高,或者外部磁場過大,磁珠的阻抗都會(huì)受到不利的影響。
 
共模電感和磁珠設(shè)計(jì)總結(jié)
 
磁珠與電感
 
使用片式磁珠還是片式電感主要還在于應(yīng)用。在諧振電路中需要使用片式電感。而需要消除不需要的EMI噪聲時(shí),使用片式磁珠是最佳的選擇。對(duì)于模、數(shù)混合的PCB板,模、數(shù)、地建議分開,最后再同點(diǎn)接地,如用0歐電阻連接。
 
電感是儲(chǔ)能元件,而磁珠是能量轉(zhuǎn)換(消耗)器件,射頻干擾以熱量的形式被消耗掉,達(dá)到EMC的目的,常用于信號(hào)線和電源線入口,抑制高頻干擾和尖峰干擾。電感多用于電源濾波回路,側(cè)重于抑止傳導(dǎo)性干擾;磁珠多用于信號(hào)回路,主要用于EMI方面,抑制電磁輻射干擾。磁珠用來吸收超高頻信號(hào),像一些RF電路,PLL,振蕩電路,含超高頻存儲(chǔ)器電路(DDR,SDRAM,RAMBUS等)都需要在電源輸入部分加磁珠,而電感是一種儲(chǔ)能元件,用在LC振蕩電路、中低頻的濾波電路等,其應(yīng)用頻率范圍很少超過50MHz。
 
 
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