共模电感设计需要注意哪些因素？共模电感器之设计步骤

很多设计师对于共模电感的设计大多有一种感觉，那就是总觉得共模电感的设计看起来十分简单，但实际操作起来上，又有点复杂。的确共模电感的设计要考虑温度及应力等等因素。

共模电感多用在电磁干扰电磁干扰滤波器（简称EMI滤波器）中。得益于共模电感很高的阻抗，可抑制高频电路中产生的高频噪声。共模电感的构造不像工字电感和贴片电感单单把线圈绕在磁芯上面，共模电感的磁芯是环形的，绕线分单双股绕线，是共模电感特有的绕线方法。下面来简述一下共模电感设计需要注意哪些因素？

共模电感设计一般需要注意三个参数，输入电流、阻抗和频率。

1.输入电流：

一般情况下，在电路板设计完成，有一个固定的输入电流，通过输入电流来确定共模电感尺寸。

2.阻抗和频率

阻抗一般是和频率是有关联的，每个电路中的频率是不同的，需要通过频率计算出电路中的阻抗，使用相同抗性的共模电感是最佳选择。

当参数确定，我们需要考虑共模电感的磁芯和线材，并且还要计算需要的匝数，当然这个可以交给专业做共模电感的厂家去设计。线径由线路电路决定，通常测试一圈的流量量是多少，就可以算出需要绕多少圈。磁芯一般考虑的比较多一点，根据温度，频率，还有成本等因素来确定最后使用什么材质的磁芯。

共模电感器之设计步骤：

Step 0 SPEC取得：EMI允许级别，应用位置。

Step 1电感值确定。

Step 2 core材质及规格确定。

Step 3绕组匝数及线径确定。

Step 4打样

Step 5测试

设计举例

图3实际EMI滤波器

Step 0 ： 如图3所示EMI滤波电路

CX = 1.0 Uf Cy = 3300PF EMI等級 ： Fcc Class

Type ： Ac Common Mode Choke

Step 1：电感（L）确定：

由电路图可知共模信号由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

如此，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。

图4有分布电容Cd之等效电路图

Step 2 CORE材质及SIZE确定

从前述设计要求中可知，共模电感器需不易饱和，如此就需要选择低B - H角形比之材料，因需要较高的电感值，磁芯的ui值也就要高，同时还必须有较低的磁芯损耗和较高的Bs值，符合上述要求之CORE材质，目前以Mn - Zn铁氧体材料CORE最为合适。

COEE SIZE在设计时并无一定的规定，原则上只要符合所需电感量，且在允许的低频损耗范围内，以所设计的产品体积最小化即可。

因此，CORE材质及SIZE提取应以成本、允许损耗、安装空间等作考察。共模电感常用CORE之ui约在2000 ~ 10000之间。Iron Powder Core也有低的铁损，高的Bs和较低的B - H角形比率，但其ui较低，故一般不被应用于共模电感，而该类磁芯却是常模电感器之优选材料。

Step 3确定匝数N和线径dw

首先确定CORE之规格，如本例采用T18*10*7、A10、AL = 8230±30%，则：

N = √L / AL = √（3.07*106 ） / （8230*70%） = 23 TS

线径以电流密度3 ~ 5A / mm2为选择原则，若空间允许可选择尽量低的电流密度。假设本例输入电流I i = 1.2A，取J = 4 A / mm2

则Aw = 1.2 / 4 = 0.3 mm2 Φ0.70 mm

实际的共模电感还必需通过实做样品进行测试，方可确认设计之可靠性，因为制作工艺的差异也将导致电感参数的差异而影响滤波效果，如分布电容的增加，将使高频噪声更易传递，两绕组的不对称性，使两组感量差异变大，对常模信号形成一定阻抗。