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共模电感

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  共模电感(Common mode Choke),也叫共模扼流圈,常用于电脑的开关电源中过滤共模的电磁干扰信号。在板卡设计中,共模电感也是起EMI滤波的作用,用于抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射。

  计算机内部的主板上混合了各种高频电路、数字电路和模拟电路,它们工作时会产生大量高频电磁波互相干扰,这就是EMI。EMI还会通过主板布线或外接线缆向外发射,造成电磁辐射污染,影响其他的电子设备正常工作。

  PC板卡上的芯片在工作过程中既是一个电磁干扰对象,也是一个电磁干扰源。总的来说,我们可以把这些电磁干扰分成两类:串模干扰(差模干扰)与共模干扰(接地干扰)。以主板上的两条PCB走线(连接主板各元件的导线)为例,所谓串模干扰,指的是两条走线之间的干扰;而共模干扰则是两条走线和PCB地线之间的电位差引起的干扰。串模干扰电流作用于两条信号线间,其传导方向与波形和信号电流一致;共模干扰电流作用在信号线路和地线之间,干扰电流在两条信号线上各流过二分之一且同向,并以地线为公共回路。

  如果板卡产生的共模电流不经过衰减过滤(尤其是像USB和IEEE1394接口这种高速接口走线上的共模电流),那么共模干扰电流就很容易通过接口数据线产生电磁辐射——在线缆中因共模电流而产生的共模辐射。美国FCC、国际无线电干扰特别委员会的CISPR22以及我国的GB9254等标准规范等都对信息技术设备通信端口的共模传导干扰和辐射发射有相关的限制要求。为了消除信号线上输入的干扰信号及感应的各种干扰,我们必须合理安排滤波电路来过滤共模和串模的干扰,共模电感就是滤波电路中的一个组成部分。

  共模电感实质上是一个双向滤波器:一方面要滤除信号线上共模电磁干扰,另一方面又要抑制本身不向外发出电磁干扰,避免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作

  为什么共模电感能防EMI?要弄清楚这点,我们需要从共模电感的结构开始分析。

  共模电感的滤波电路,La和Lb就是共模电感线圈。这两个线圈绕在同一铁芯上,匝数和相位都相同(绕制反向)。这样,当电路中的正常电流流经共模电感时,电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消,此时正常信号电流主要受线圈电阻的影响(和少量因漏感造成的阻尼);当有共模电

  流流经线圈时,由于共模电流的同向性,会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗,使线圈表现为高阻抗,产生较强的阻尼效果,以此衰减共模电流,达到滤波的目的。

  事实上,将这个滤波电路一端接干扰源,另一端接被干扰设备,则La和C1,Lb和C2就构成两组低通滤波器,可以使线路上的共模EMI信号被控制在很低的电平上。该电路既可以抑制外部的EMI信号传入,又可以衰减线路自身工作时产生的EMI信号,能有效地降低EMI干扰强度。

  国内生产的一种小型共模电感,采用高频之杂讯抑制对策,共模扼流线圈结构,讯号不衰减,体积小、使用方便,具有平衡度佳、使用方便、高品质等优点。广泛使用在双平衡调音装置、多频变压器、阻抗变压器、平衡及不平衡转换变压器...等。

  还有一种共模滤波器电感/EMI滤波器电感采用铁氧体磁心,双线并绕,杂讯抑制对策佳,高共模噪音抑制和低差模噪声信号抑制,低差模噪声信号抑制干扰源,在高速信号中难以变形,体积小、具有平衡度佳、使用方便、高品质等优点。广泛使用在抑制电子设备EMI噪音、个人电脑及外围设备的 USB线路、DVC、STB的IEEE1394线路、液晶显示面板、低压微分信号...等。

  对理想的电感模型而言,当线圈绕完后,所有磁通都集中在线圈的中心内。但通常情况下环形线圈不会绕满一周,或绕制不紧密,这样会引起磁通的泄漏。共模电感有两个绕组,其间有相当大的间隙,这样就会产生磁通泄漏,并形成差模电感。因此,共模电感一般也具有一定的差模干扰衰减能力。

  在滤波器的设计中,我们也可以利用漏感。如在普通的滤波器中,仅安装一个共模电感,利用共模电感的漏感产生适量的差模电感,起到对差模电流的抑制作用。有时,还要人为增加共模扼流圈的漏电感,提高差模电感量,以达到更好的滤波效果。

  高初始导磁率(这个是共模电感的基本要求)、高饱和磁感应强度、温度较之铁氧体稳定(可以理解为温升小),频率特性比较灵活,因为导磁率高,很小就可以做出很大的感量,适应频率比较宽;

  因为初始导磁率是铁氧体的5-20倍,对传导干扰的抑制作用远大于铁氧体;

  温升较之UF系列的要低,某人实际测试:室温下要低将近10度(个人测试值仅作参考);

  结构上的灵活令其适应性好,从加工工艺上进行改变,即可适应不同需求(见过节能灯上用的磁环电感,使用相当灵活);

  磁环孔径小,机器难以穿线,需要人工去绕,费时费力,加工成本高,效率低。而在成本压力日益增加的同时,这一点已尤为重要了。

  耐压方面较之UF优势不大:因为可以看到很多磁环共模中间使用扎线带隔开的,这样不是很可靠,有的中间拉开一定距离,线用点胶固定,时间长了,可靠性怎么样呢?如果电感量要求比较大,线会挤在一起,安全性上有一点疑惑。

  因为成本的因素,磁环大多用在大功率的电源上,某人形容:“小功率的用磁环太高档了”,是有道理的。

  当然因为体积小,对体积有要求的小功率电源,采用磁环的也是很OK的选择。

  综合性能比起来,优于UF系的。如果成本压力不大的项目,可以考虑用磁环的。某实际测试传导,用磁环的余量要低更多。而且感量还比UF的小。

  材料:基本上为铁氧体,当然这铁氧体也有区别的,一般有MXO-锰锌类和NXO-镍锌类。镍锌类的主要优点是:初始磁导率低(小于1000u),但是可以工作在比较高的频率(大于100MHZ)下,保持磁导率不变。很强很伟大。

  NXO比MXO电阻率高。利用铁氧体对高频杂波的类似阻尼的作用将高频杂波以热能的方式释放出来,这就解释了共模电感的温度问题。

  最重要的一点:成本低(某人用的这个是0.9元人民币),可以用机器绕、高效,常用UU9.8或UU10.5;

  好插件,好安装。四个脚,孔位对了就没一点问题;基本用在小电流的电源上,因为线径不可以用很粗的,故电流不能太大;

  空间因素:封装位置大,maybe是因为比较强壮,不像磁环那么小巧玲珑;

  发热比较严重,也是根据我实测的:90V输入满载室温下,可以到快90度;

  在一些主板上,我们能看到共模电感,但是在大多数主板上,我们都会发现省略了该元件,甚至有的连位置也没有预留。这样的主板,合格吗?

  不可否认,共模电感对主板高速接口的共模干扰有很好的抑制作用,能有效避免EMI通过线缆形成电磁辐射影响其余外设的正常工作和我们的身体健康。但同时也需要指。

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