共模电感的原理以及使用.doc

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1、如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流共模电感的原理以及使用【精品文档】第 8 页共模电感的原理以及使用情况。 由于EMC所面临解决问题大多是共模干扰，因此共模电感也是我们常用的有力元件之一！这里就给大家简单介绍一下共模电感的原理以及使用情况。 共模电感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，匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上，形成一个四端器件，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

2、抵消，几乎没有电感量，所以差模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。 共模电感在制作时应满足以下要求： 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）当线圈流过瞬时大电流时，磁芯不要出现饱和。 3）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。 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。 通常情况下，同时注意选择所需滤波的频段，共模阻抗越大越好，因此我们在选择共模电感时需要看器件资料，主要根据阻抗频率曲线选择。另外

3、选择时注意考虑差模阻抗对信号的影响，主要关注差模阻抗，特别注意高速端口。随着电子设备、计算机与家用电器的大量涌现和广泛普及，电网噪声干扰日益严重并形成一种公害。特别是瞬态噪声干扰，其上升速度快、持续时间短、电压振幅度高(几百伏至几千伏)、随机性强，对微机和数字电路易产生严重干扰，常使人防不胜防，这已引起国内外电子界的高度重视。 电磁干扰滤波器(EMI Filter)是近年来被推广应用的一种新型组合器件。它能有效地抑制电网噪声，提高电子设备的抗干扰能力及系统的可靠性，可广泛用于电子测量仪器、计算机机房设备、开关电源、测控系统等领域。 1 电磁干扰滤波器的构造原理及应用 1.11 构造原理 电源噪

4、声是电磁干扰的一种，其传导噪声的频谱大致为10kHz30MHz，最高可达150MHz。根据传播方向的不同，电源噪声可分为两大类：一类是从电源进线引入的外界干扰，另一类是由电子设备产生并经电源线传导出去的噪声。这表明噪声属于双向干扰信号，电子设备既是噪声干扰的对象，又是一个噪声源。若从形成特点看，噪声干扰分串模干扰与共模干扰两种。串模干扰是两条电源线之间(简称线对线)的噪声，共模干扰则是两条电源线对大地(简称线对地)的噪声。因此，电磁干扰滤波器应符合电磁兼容性(EMC)的要求，也必须是双向射频滤波器，一方面要滤除从交流电源线上引入的外部电磁干扰，另一方面还能避免本身设备向外部发出噪声干扰，以免影

5、响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。此外，电磁干扰滤波器应对串模、共模干扰都起到抑制作用。 1.2 基本电路及典型应用 电磁干扰滤波器的基本电路如图1所示。 该五端器件有两个输入端、两个输出端和一个接地端，使用时外壳应接通大地。电路中包括共模扼流圈(亦称共模电感)L、滤波电容C1C4。对串模干扰不起作用，但当出现共模干扰时，由于两个线圈的磁通方向相同，经过耦合后总电感量迅速增大，因此对共模信号呈现很大的感抗，使之不易通过，故称作共模扼流圈。它的两个线圈分别绕在低损耗、高导磁率的铁氧体磁环上，当有电流通过时，两个线圈上的磁场就会互相加强。L的电感量与EMI滤波器的额定电流I有关，参见表1。

6、需要指出，当额定电流较大时，共模扼流圈的线径也要相应增大，以便能承受较大的电流。此外，适当增加电感量，可改善低频衰减特性。C1和C2采用薄膜电容器，容量范围大致是0.01f0.47F，主要用来滤除串模干扰。C3和C4跨接在输出端，并将电容器的中点接地，能有效地抑制共模干扰。C3和C4亦可并联在输入端，仍选用陶瓷电容，容量范围是2200Pf0.1F。为减小漏电流，电容量不得超过0.1F，并且电容器中点应与大地接通。C1C4的耐压值均为630VDC或250VAC。图2示出一种两级复合式EMI滤波器的内部电路，由于采用两级(亦称两节)滤波，因此滤除噪声的效果更佳。针对某些用户现场存在重复频率为几千赫

7、兹的快速瞬态群脉冲干扰的问题，国内外还开发出群脉冲滤波器(亦称群脉冲对抗器)，能对上述干扰起到抑制作用。2 EMI滤波器在开关电源中的应用 为减小体积、降低成本，单片开关电源一般采用简易式单级EMI滤波器，典型电路如图3所示图(a)与图(b)中的电容器C能滤除串模干扰，区别仅是图(a)将C接在输入端， 图(b)则接到输出端。图(c)、(d)所示电路较复杂，抑制干扰的效果更佳。图(c)中的L、C1和C2用来滤除共模干扰，C3和C4滤除串模干扰。R为泄放电阻，可将C3上积累的电荷泄放掉，避免因电荷积累而影响滤波特性；断电后还能使电源的进线端L、N不带电，保证使用的安全性。图(d)则是把共模干扰滤波

8、电容C3和C4接在输出端。 EMI滤波器能有效抑制单片开关电源的电磁干扰。图4中曲线a为不加EMI滤波器时开关电源上0.15MHz30MHz传导噪声的波形(即电磁干扰峰值包络线)。曲线b是插入如图3(d)所示EMI滤波器后的波形，能将电磁干扰衰减50dBV70dBV。显然，这种EMI滤波器的效果更佳。 3 EMI滤波器的技术参数及测试方法 3.1 主要技术参数 EMI滤波器的主要技术参数有：额定电压、额定电流、漏电流、测试电压、绝缘电阻、直流电阻、使用温度范围、工作温升Tr、插入损耗AdB、外形尺寸、重量等。上述参数中最重要的是插入损耗(亦称插入衰减)，它是评价电磁干扰滤波器性能优劣的主要指标

9、。插入损耗(AdB)是频率的函数，用dB表示。设电磁干扰滤波器插入前后传输到负载上的噪声功率分别为P1、P2，有公式： AdB=10lg P1/P2(1) 假定负载阻抗在插入前后始终保持不变，则P1=V12/Z，P2=V22/Z。式中V1是噪声源直接加到负载上的电压，V2是在噪声源与负载之间插入电磁干扰滤波器后负载上的噪声电压，且V2V1。代入(1)式中得到 AdB=20lg (2) 插入损耗用分贝(dB)表示，分贝值愈大，说明抑制噪声干扰的能力愈强。鉴于理论计算比较烦琐且误差较大，通常是由生产厂家进行实际测量，根据噪声频谱逐点测出所对应的插入损耗，然后绘出典型的插入损耗曲线，提供给用户。 图

10、5给出一条典型曲线。由图可见，该产品可将1MHz30MHz的噪声电压衰减65dB。计算EMI滤波器对地漏电流的公式为 ILD=2fCVC(3) 式中，ILD为漏电流，f是电网频率。以图1为例，f=50Hz，C=C3+C4=4400pF，VC是C3、C4上的压降，亦即输出端的对地电压，可取VC220V/2=110V。由(3)式不难算出，此时漏电流ILD=0.15mA。C3和C4若选4700pF，则C=4700pFX2=9400pF，ILD=0.32mA。显然，漏电流与C成正比。对漏电流的要求是愈小愈好，这样安全性高，一般应为几百微安至几毫安。在电子医疗设备中对漏电流的要求更为严格。 需要指出，额

11、定电流还与环境温度TA有关。例如国外有的生产厂家给出下述经验公式： I=I1(4) 式中，I1是40C时的额定电流。举例说明，当TA=50时，I=0.88I1；而当TA=25时，I=1.1511。这表明，额定电流值随温度的降低而增大，这是由于散热条件改善的缘故。 3.2 测量插入损耗的方法 测量插入损耗的电路如图6所示。 e是噪声信号发生器，Zi是信号源的内部阻抗，ZL是负载阻抗，一般取50。噪声频率范围可选10kHz30MHz。首先要在不同频率下分别测出插入前后负载上的噪声压降V1、V2，再代入(2)式中计算出每个频率点的AdB值，最后绘出插入损耗曲线。需要指出，上述测试方法比较烦琐，每次都

12、要拆装EMI滤波器。为此可用电子开关对两种测试电路进行快速切换。互感同名端的简单判断方法2010年10月19日 11:30本站整理 作者：佚名关键字：图l中的Ll与L2是两个电感线圈，它们之间没有电的直接联系，但当一个线圈(L1或L2)接上交流电源后，则另一个线圈(L2或L1)两端所接的指示灯就会发亮，这是因为两个线圈之间具有一定的互感M，同时线圈之间存在有磁的耦合。若改变两个线圈的相对位置，则指示灯的亮度也会随之改变，这是因为耦合松紧不同的结果。当指示灯最亮时，即是耦合最紧的位置，也是M最大的位置。1.互感通过电磁感应现象可知：当穿过线圈的磁通发生变动时，线圈中就会感应出电动势。当一个线圈由

13、于其中的电流变动而引起磁通变动时，不仅在本线圈中产生感应电动势，同时在邻近的其他线圈中也可能产生感应电动势。在附图2中两个位置较近的线圈L1和L2，当线圈L1中电流i1变动时，它所产生的磁通11也随之而变动，由此在线圈Ll中会有感应电动势或感应电压产生。从图中可以看出，磁通ll的一部分还穿过线圈L2。设这部分磁通为21，则当i1变动时，2l将随之而变动，这样在线圈2中同样会产生感应电动势或感应电压，说明这两个线圈之间有磁的耦合存在。这种由于邻近线圈中的电流变动而在线圈中产生的感应电动势，就称为互感现象。同样，如有电流i2通过线圈L2，则电流i2变动时同样会在线圈Ll中产生互感电动势或互感电压。

14、如果有一个线圈中流的是直流，则在另一个线圈中不能感应出互感电压来，也就是说互感对直流不起作用。实验和推理都证明，线圈Ll对线圈L2的互感和线圈L2对线圈L1的互感是等效的。两线圈之间的互感大小，取决于两个线圈的结构、尺寸、相对位置及介质材料。线圈中没有铁磁性材料时，互感是线性的，但其值远小于用磁性材料做铁芯的互感量。2.同名端仍以图1的互感线圈为例进行分析，图中两个线圈Ll和L2绕在同一圆柱形磁棒上，Ll通入电流il，并假定i是随时间增大的。则i所产生的磁通l也随时间增大，这时，Ll要产生自感电动势，L2要产生互感电动势(这两个电动势都是由l变化引起的)，它们所推动的感应电流都将产生与l方向相

15、反的磁通，反对1的增加(若i随时间减小，则感应电流产生的磁通与l方向相同，反对l的减少)。运用右手螺旋定则，可以确定L1、L2的感应电动势的方向，分别标在图上，见附图3。两线圈的端点l与3、2与4的极性相同。若i是减小的，则Ll、L2中感应电动势的方向都反了过来，但端点1与3、2与4的极性仍然相同，我们把在同一变化磁通作用下，感应电动势极性相同的端子称为“同名端”，感应电动势极性相反的端子称为“异名端”。工程图上常把一组用符号“”作为标志。互感线圈标上了同名端后，线圈的具体绕法和它们的相对位置就不需要在图上表示出来。欢迎转载，本文来自电子发烧友网()显然，不论i如何变化(增加还是减少)，各线圈

16、的同名端始终保持同一极性。这就意味着当电流i从两线圈的同名端同时流入或流出时，两线圈的磁通方向必定一致，这个特点是定义同名端的一个主要方法。在确定互感线圈同名端(有时也称对应端)后，如果已经知道了线圈的绕法，可以运用楞次定律直接判定。如果不知道线圈的具体绕法(例如线圈被封装在不易打开的壳子中)时，可以进行测量，方法如下：方法一：直流通断法 见附图4所示。线圈l经开关S接于直流电源，线圈2两端接万用表的直流电压挡最小量程。当开关S闭合瞬间，线圈2产生互感电动势，若电压表正向偏转。则AC为同名端;若电压表反向偏转，则AC为异名端。方法二：等效电感法设具有互感为M、电感分别为L1和12的两个线圈，若将两个线圈的异名端相连，作正向串联(串联顺接)时，其等值电感L正=L1+L2+2M;若将两线圈的同名端作反相串联(串联反接)时，等值电感L正=LI+L2-2M。显然，等效电感L正L反，其等效电抗X正X反。在相同的正弦电压作用下，正向串联时的电流小，反向串联时的电流大，利用这一关系，即可判断两个线圈的同名端。方法三：灵敏检流法见附图5。当开关K闭合时，电流i从无到有的变化，变化的电流从1端流入L1，产生急剧增强的磁通。通过互感效应，在L2中产生互感电动势，由灵敏检流计A的偏转，可以确定L2中互感电动势的极性(例如4端为正)：L1中有感电动势的极性则是1端为正，这样，就确定了1、4端为同名端。