共模电感的作用与计算

共模电感线圈是怎样的含义呢？

共模电感线圈是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件，它由两个尺寸相同，匝数相同的电感线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上，形成-个四端器件，要对于共模信号 呈现出大电感具有抑制作用，而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。原理是流过共模电流时磁环中的磁通相互叠加，从而具有相当大的电感量，对共模电流起到抑制作用，而当两线圈流过差模电流时，磁环中的磁通相互抵消，几乎没有电感星，所以差漠电流可以无衰减地通过。因此共模电感在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号，而对线路正常传输的差模信号无影响。

共模电感的作用

如图所示，在同一磁环上绕上两组方向相反的线圈，据右手螺旋管定则可知，当在输入端A、B两端加上极性相反，信号幅值相同的差模电压时，有实线所示的电流i2，在磁芯中产生实线所示的磁通Φ2，只要保证两绕组完全对称，则磁芯中两不同方向之磁通相互抵消。总磁通为零，线圈电感几乎为零，对常模信号无阻抗作用。若在输入端A、B两端加上极性相同，幅值相等的共模信号时，有虚线所示的电流i1，在磁芯中产生虚线所示的磁通Φ1，则磁芯中磁通有相同的方向而互相加强，使每一线圈的电感值为单独存在时的两倍，而XL =ωL，因此，此一绕法的线圈对共模干扰有很强的抑制作用。

实际的EMI滤波器由L、C组合而成，设计时也常常将差模与共模抑制电路组合在一起（如图2），因此，设计时需依据滤波电容的大小以及所需符合的安规标准作出电感值的决定。

图中L1、L2、C1构成常模滤波器，L3、C2、C3构成共模滤波器。

图2 EMI滤波器电路

在设计共模电感之前，首先要考察线圈须行符合以下原则：

1 》正常工作状态下，不致因通电电源电流而造成磁芯饱和。

2 》对高频干扰信号要有足够大的阻抗，且有一定的频宽，而对工作频率之信号电流有最小的阻抗。

3 》电感的温度系数应小，而分布电容宜小。

4 》直流电阻应尽量小。

5 》感应电感应尽量大，电感值需稳定。

6 》绕组间之绝缘性须满足安规要求。

共模电感线圈在制作时需要满足以下要求：

1）绕制在线圈磁芯上的导线要相互绝缘，以保证在瞬时过电压作用下线圈的匝间不发生击穿短路。

2）线圈中的磁芯应与线圈绝缘，以防止在瞬时过电压作用下两者之间发生击穿。

3）当线圈流过瞬时大电流时，磁芯不要出现饱和。

4）线圈应尽可能绕制单层，这样做可减小线圈的寄生电容，增强线圈对瞬时过电压的而授能力。

通过电路图可知晓共模信号由L3和C2、C3组成的共模滤波器抑制，实际L3与C2和C3构成两路LC串联电路，分别吸收L和N在线的噪声。只要确定滤波电路的截止频率，也已知电容容量C，则可以下式求出电感L。

fo= 1/（2π√LC）L → 1/（2πfo）2C

通常EMI测试频宽如下：

传导干扰：150KHZ →30MHZ（注：VDE标准10KHZ - 30M）

辐射干扰：30MHZ 1GHZ

实际的滤波器无法达到理想滤波器那样陡峭的阻抗曲线，通常可将截止频率设定在50KHZ左右。在此，假设f o = 50KHZ，则

L =1/（2πfo）2C = 1/ ［（ 2*3.14*50000）2 *3300*10-12］ = 3.07mH

L1、L2、C1组成（低通）常模滤波器，线间电容有1.0uF，则常模电感为：

L = 1/ ［（ 2*3.14*50000）2 *1*10-6］ = 10.14uH

由此，可得到理论要求的电感值，若想获得更低的截止频率fo，则可进一步加大电感值，截止频率一般不低于10KHZ。理论上电感量越高对EMI抑制效果越好，但过高的电感将使截止频率更低，而实际的滤波器只能做到一定宽带，也就使高频噪声的抑制效果变差（一般开关电源的噪声成分约为5 ~10MHZ间，但也有超过10MHZ之情形）。另外，电感量愈高，则绕线匝数愈多，或CORE之ui越高，如此将造成低频阻抗增加（DCR变大）。匝数增加使分布电容也随之增大（如图4），使高频电流全部经此电容流通。过高的ui使CORE极易饱和，同时制作也极困难，成本也较高。

共模电感导线截面积与电流的关系：电流大小与导线截面积成正比。

一般铜线安全计算方法是：

2.5平方毫米铜电源线的安全载流量－－28A

4平方毫米铜电源线的安全载流量－－35A。

6平方毫米铜电源线的安全载流量－－48A 。

10平方毫米铜电源线的安全载流量－－65A。

16平方毫米铜电源线的安全载流量－－91A。

25平方毫米铜电源线的安全载流量－－120A。

如果是铝线，线径要取铜线的1.5-2倍。

如果铜线电流小于28A，按每平方毫米10A来取肯定安全。

如果铜线电流大于120A，按每平方毫米5A来取。