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共模電感磁環(huán)共模電感

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有關(guān)于共模電感　　

共模電感的一種

小知識(shí)：EMI(Electro Magnetic Interference，電磁干擾)

　　計(jì)算機(jī)內(nèi)部的主板上混合了各種高頻電路、數(shù)字電路和模擬電路，它們工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量高頻電磁波互相干擾，這就是EMI。EMI還會(huì)通過(guò)主板布線或外接線纜向外發(fā)射，造成電磁輻射污染，不但影響其他的電子設(shè)備正常工作，還對(duì)人體有害。

　　PC板卡上的芯片在工作過(guò)程中既是一個(gè)電磁干擾對(duì)象，也是一個(gè)電磁干擾源。總的來(lái)說(shuō)，我們可以把這些電磁干擾分成兩類：串模干擾(差模干擾)與共模干擾(接地干擾)。以主板上的兩條PCB走線(連接主板各元件的導(dǎo)線)為例，所謂串模干擾，指的是兩條走線之間的干擾；而共模干擾則是兩條走線和PCB地線之間的電位差引起的干擾。串模干擾電流作用于兩條信號(hào)線間，其傳導(dǎo)方向與波形和信號(hào)電流一致；共模干擾電流作用在信號(hào)線路和地線之間，干擾電流在兩條信號(hào)線上各流過(guò)二分之一且同向，并以地線為公共回路.

共模電感

如果板卡產(chǎn)生的共模電流不經(jīng)過(guò)衰減過(guò)濾(尤其是像USB和IEEE 1394接口這種高速接口走線上的共模電流)，那么共模干擾電流就很容易通過(guò)接口數(shù)據(jù)線產(chǎn)生電磁輻射——在線纜中因共模電流而產(chǎn)生的共模輻射。美國(guó)FCC、國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì)的CISPR22以及我國(guó)的GB9254等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等都對(duì)信息技術(shù)設(shè)備通信端口的共模傳導(dǎo)干擾和輻射發(fā)射有相關(guān)的限制要求。為了消除信號(hào)線上輸入的干擾信號(hào)及感應(yīng)的各種干擾，我們必須合理安排濾波電路來(lái)過(guò)濾共模和串模的干擾，共模電感就是濾波電路中的一個(gè)組成部分。

　　共模電感實(shí)質(zhì)上是一個(gè)雙向濾波器：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。

　　圖2是我們常見(jiàn)的共模電感的內(nèi)部電路示意圖，在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，還可以采用多級(jí)共模電路來(lái)更好地濾除電磁干擾。此外，在主板上我們也能看到一種貼片式的共模電感(圖3)，其結(jié)構(gòu)和功能與直立式共模電感幾乎是一樣的。

共模電感工作原理

　　為什么共模電感能防EMI？要弄清楚這點(diǎn)，需要從共模電感的結(jié)構(gòu)開(kāi)始分析。

　　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(chǎng)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(chǎng)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。

　　現(xiàn)在國(guó)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。

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。

　　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。

關(guān)于漏感和差模電感

　　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)

共模電感

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。

關(guān)于共模電感使用材料的優(yōu)劣勢(shì)

　　磁環(huán)類型的鐵芯優(yōu)點(diǎn)：

　　高初始導(dǎo)磁率(這個(gè)是共模電感的基本要求)、高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、溫度較之鐵氧體穩(wěn)定(可以理解為溫升小)，頻率特性比較靈活，因?yàn)閷?dǎo)磁率高，很小就可以做出很大的感量，適應(yīng)頻率比較寬;

　　整體優(yōu)勢(shì)：

　　因?yàn)槌跏紝?dǎo)磁率是鐵氧體的5-20倍，對(duì)傳導(dǎo)干擾的抑制作用遠(yuǎn)大于鐵氧體;

　　納米晶的高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度比鐵氧體的好，所以在大電流下不易飽和;

　　溫升較之UF系列的要低，我實(shí)際測(cè)試：室溫下要低將近10度(個(gè)人測(cè)試值僅作參考);

　　結(jié)構(gòu)上的靈活令其適應(yīng)性好，從加工工藝上進(jìn)行改變，即可適應(yīng)不同需求(見(jiàn)過(guò)節(jié)能燈上用的磁環(huán)電感，使用相當(dāng)靈活);

　　分布電容會(huì)更小，因?yàn)槔@線的面積更寬，體積也相對(duì)較小;

　　環(huán)行所用匝數(shù)少一點(diǎn)，分布參數(shù)小一點(diǎn)，效率占優(yōu)(針對(duì)具體進(jìn)行分析，我猜是因?yàn)榫€徑的緣故，望補(bǔ)充);

　　整體劣勢(shì)：

　　磁環(huán)孔徑小，機(jī)器難以穿線，需要人工去繞，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，加工成本高，效率低。而在成本壓力日益增加的同時(shí)，這一點(diǎn)已尤為重要了。

　　耐壓方面較之UF優(yōu)勢(shì)不大：我自己想的，因?yàn)榭吹胶芏啻怒h(huán)共模中間使用扎線帶隔開(kāi)的，這樣不是很可靠，有的中間拉開(kāi)一定距離，線用點(diǎn)膠固定，時(shí)間長(zhǎng)了，可靠性怎么樣呢?如果電感量要求比較大，線會(huì)擠在一起，安全性上有一點(diǎn)疑惑。

　　安裝不便，故障率較高---來(lái)自發(fā)燒友的分享：“一般性能是一樣的，同樣線徑磁環(huán)要比 UF10.5做的感量要高，容易實(shí)現(xiàn)。測(cè)試傳導(dǎo)時(shí)相同感量有遇到UF10.5比較好，相差5個(gè)DB左右!磁環(huán)要是像年紀(jì)圖片是比較便宜，但不好插件，故障比較大。要是加了底座也不便宜，比UF10.5貴”

　　應(yīng)用：

　　因?yàn)槌杀镜囊蛩?，磁環(huán)大多用在大功率的電源上，發(fā)燒友形容：“小功率的用磁環(huán)太高檔了”，是有道理的。

　　當(dāng)然因?yàn)轶w積小，對(duì)體積有要求的小功率電源，采用磁環(huán)的也是很OK的選擇。

　　綜合性能比起來(lái)，優(yōu)于UF系的。如果成本壓力不大的項(xiàng)目，可以考慮用磁環(huán)的。我實(shí)際測(cè)試傳到，用磁環(huán)的余量要低更多。而且感量還比UF的小。

　　再說(shuō)說(shuō)UF/UU系列的共模

　　材料：基本上為鐵氧體，當(dāng)然這鐵氧體也有區(qū)別的，一般有MXO-錳鋅類和NXO-鎳鋅類。鎳鋅類的主要優(yōu)點(diǎn)是：初始磁導(dǎo)率低(小于1000u)，但是可以工作在比較高的頻率(大于100MHZ)下，保持磁導(dǎo)率不變。很強(qiáng)很偉大。

　　NXO比MXO電阻率高。利用鐵氧體對(duì)高頻雜波的類似阻尼的作用將高頻雜波以熱能的方式釋放出來(lái)，這就解釋了共模電感的溫度問(wèn)題。

　　百度上對(duì)共模電感的原理說(shuō)的比我清楚：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(chǎng)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)線圈中流過(guò)有共模干擾的電流時(shí)，會(huì)在線圈內(nèi)產(chǎn)生同向的磁場(chǎng)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。

　　整體優(yōu)勢(shì)：

　　最重要的一點(diǎn)：成本低(我用的這個(gè)是0.9元人民幣)，可以用機(jī)器繞、高效，常用UU9.8或UU10.5;

　　有骨架，繞制工藝應(yīng)該會(huì)更好控制，可以做更高的電感量;

　　耐壓及可靠性要好?針對(duì)磁環(huán)共模的;

　　好插件，好安裝。四個(gè)腳嘛，孔位對(duì)了就沒(méi)一點(diǎn)問(wèn)題;基本用在小電流的電源上，因?yàn)榫€徑不可以用很粗的，故電流不能太大;

　　整體劣勢(shì)：

　　空間因素：封裝位置大，maybe是因?yàn)楸容^強(qiáng)壯，不像磁環(huán)那么小巧玲瓏;

　　發(fā)熱比較嚴(yán)重，也是根據(jù)我實(shí)測(cè)的：90V輸入滿載室溫下，可以到快90度;

　　應(yīng)用：

　　一般用在成本控制比較嚴(yán)格的、抑或小功率的場(chǎng)合;^[1]

有關(guān)于從看板卡整體設(shè)計(jì)看共模電感

概述

　　在一些主板上，我們能看到共模電感，但是在大多數(shù)主板上，我們都會(huì)發(fā)現(xiàn)省略了該元件，甚至有的連位置也沒(méi)有預(yù)留。這樣的主板，合格嗎？

　　不可否認(rèn)，共模電感對(duì)主板高速接口的共模干擾有很好的抑制作用，能有效避免EMI通過(guò)線纜形成電磁輻射影響其余外設(shè)的正常工作和我們的身體健康。但同時(shí)也需要指出，板卡的防E

共模電感

MI設(shè)計(jì)是一個(gè)相當(dāng)龐大和系統(tǒng)化的工程，采用共模電感的設(shè)計(jì)只是其中的一個(gè)小部分。高速接口處有共模電感設(shè)計(jì)的板卡，不見(jiàn)得整體防EMI設(shè)計(jì)就優(yōu)秀。所以，從共模濾波電路我們只能看到板卡設(shè)計(jì)的一個(gè)方面，這一點(diǎn)容易被大家忽略，犯下見(jiàn)木不見(jiàn)林的錯(cuò)誤。

　　只有了解了板卡整體的防EMI設(shè)計(jì)，我們才可以評(píng)價(jià)板卡的優(yōu)劣。那么，優(yōu)秀的板卡設(shè)計(jì)在防EMI性能上一般都會(huì)做哪些工作呢？

主板Layout(布線)設(shè)計(jì)

　　對(duì)優(yōu)秀的主板布線設(shè)計(jì)而言，時(shí)鐘走線大多會(huì)采用屏蔽措施或者靠近地線以降低EMI。對(duì)多層PCB設(shè)計(jì)，在相鄰的PCB走線層會(huì)采用開(kāi)環(huán)原則，導(dǎo)線從一層到另一層，在設(shè)計(jì)上就會(huì)避免導(dǎo)線形成環(huán)狀。如果走線構(gòu)成閉環(huán)，就起到了天線的作用，會(huì)增強(qiáng)EMI輻射強(qiáng)度。

　　信號(hào)線的不等長(zhǎng)同樣會(huì)造成兩條線路阻抗不平衡而形成共模干擾，因此，在板卡設(shè)計(jì)中都會(huì)將信號(hào)線以蛇形線方式處理使其阻抗盡可能的一致，減弱共模干擾。同時(shí)，蛇形線在布線時(shí)也會(huì)最大限度地減小彎曲的擺幅，以減小環(huán)形區(qū)域的面積，從而降低輻射強(qiáng)度。

　　在高速PCB設(shè)計(jì)中，走線的長(zhǎng)度一般都不會(huì)是時(shí)鐘信號(hào)波長(zhǎng)1/4的整數(shù)倍，否則會(huì)產(chǎn)生諧振，產(chǎn)生嚴(yán)重的EMI輻射。同時(shí)走線要保證回流路徑最小而且通暢。對(duì)去耦電容的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，其設(shè)置要靠近電源管腳，并且電容的電源走線和地線所包圍的面積要盡可能地小，這樣才能減小電源的波紋和噪聲，降低EMI輻射。

　　當(dāng)然，上述只是PCB防EMI設(shè)計(jì)中的一小部分原則。主板的Layout設(shè)計(jì)是一門(mén)非常復(fù)雜而精深的學(xué)問(wèn)，甚至很多DIYer都有這樣的共識(shí)：Layout設(shè)計(jì)得優(yōu)秀與否，對(duì)主板的整體性能有著極為重大的影響。

主板布線的劃斷

　　如果想將主板電路間的電磁干擾完全隔離，這是絕對(duì)不可能的，因?yàn)槲覀儧](méi)有辦法將電磁干擾一個(gè)個(gè)地“包”起來(lái)，因此要采用其他辦法來(lái)降低干擾的程度。主板PCB中的金屬導(dǎo)線是傳遞干擾電流的罪魁禍?zhǔn)?，它像天線一樣傳遞和發(fā)射著電磁干擾信號(hào)，因此在合適的地方“截?cái)唷边@些“天線”是有用的防EMI的方法。“天線”斷了，再以一圈絕緣體將其包圍，它對(duì)外界的干擾自然就會(huì)大大

共模電感

減小。如果在斷開(kāi)處使用濾波電容還可以更進(jìn)一步降低電磁輻射泄露。這種設(shè)計(jì)能明顯地增加高頻工作時(shí)的穩(wěn)定性和防止EMI輻射的產(chǎn)生，許多大的主板廠商在設(shè)計(jì)上都使用了該方法。

　　圖注：“斷開(kāi)”的設(shè)計(jì)用來(lái)阻止電磁干擾借這些接口向外傳送形成電磁輻射，圖中電路板上的亮線清晰可見(jiàn)。尤其是USB接口部分采用該設(shè)計(jì)后，可在很大程度上大大改善EMI電流向外輻射的可能。

主板接口的設(shè)計(jì)

　　不知大家是否注意到，現(xiàn)在的主板都會(huì)附送一塊開(kāi)口的薄鐵擋片，其實(shí)這也是用來(lái)防EMI的。雖然現(xiàn)在的機(jī)箱EMI屏蔽性能都不錯(cuò)，但電磁波還是會(huì)從機(jī)箱表面的開(kāi)孔處泄漏出來(lái)，如PS/2接口、USB接口以及并、串口等的開(kāi)口處?？椎拇笮Q定了電磁干擾的泄露程度。開(kāi)口的孔徑越小，電磁干擾輻射的削弱程度越大。對(duì)方形孔而言，L就是其對(duì)角線長(zhǎng)度。

　　使用了擋片之后，擋片上翹起的金屬觸片會(huì)和主板上的輸入輸出部分很好地通過(guò)機(jī)箱接地，不但衰減了EMI，而且減小了方孔的尺寸，進(jìn)一步縮小L值，從而可以更有效地屏蔽電磁干擾輻射。

　　上述三點(diǎn)只是主板設(shè)計(jì)中除電路設(shè)計(jì)之外的幾個(gè)主要防EMI設(shè)計(jì)，由此可見(jiàn)，主板的防EMI設(shè)計(jì)是一個(gè)整體的概念，如果整體的設(shè)計(jì)不合格，就會(huì)帶來(lái)較大的電磁輻射，而這些也不是一個(gè)小小的共模電感所能彌補(bǔ)的。

從必要性看共模電感

　　共模電感缺失=防EMI性能低下？這樣的說(shuō)法顯然是頗為片面的。

　　誠(chéng)然，由于國(guó)家現(xiàn)在的EMI相關(guān)規(guī)范并不健全，部分廠商為了省料就鉆了這個(gè)空子，在整體防EMI性能上都大肆省料壓縮成本(其中就包括共模電感的省略)，這樣做的直接后果就是主板防EMI性能極其低下；但是對(duì)于那些整體設(shè)計(jì)優(yōu)秀，用料不縮水的主板，即使沒(méi)有共模電感，其整體防EMI性能仍能達(dá)到相關(guān)要求，這樣的產(chǎn)品仍然是合格的。因此，單純就是否有共模電感這一點(diǎn)來(lái)判斷主板的優(yōu)劣.

共模電感的測(cè)量與診斷

概述

　　電源濾波器的設(shè)計(jì)通?？蓮墓材：筒钅煞矫鎭?lái)考慮。共模濾波器最重要的部分就是共模扼流圈，與差模扼流圈相比，共模扼流圈的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)在于它的電感值極高，而且體積又小，設(shè)計(jì)共模扼流圈時(shí)要考慮的一個(gè)重要問(wèn)題是它的漏感，也就是差模電感。通常，計(jì)算漏感的辦法是假定它為共模電感的1%，實(shí)際上漏感為共模電感的 0.5% ～ 4%之間。在設(shè)計(jì)最優(yōu)性能的扼流圈時(shí)，這個(gè)誤差的影響可能是不容忽視的。

漏感的重要性

　　漏感是如何形成的呢？緊密繞制，且繞滿一周的環(huán)形線圈，即使沒(méi)有磁芯，其所有磁通都集中在線圈“芯”內(nèi)。但是，如果環(huán)形線圈沒(méi)有繞滿一周，或者繞制不緊密，那么磁通

共模電感

就會(huì)從芯中泄漏出來(lái)。這種效應(yīng)與線匝間的相對(duì)距離和螺旋管芯體的磁導(dǎo)率成正比。共模扼流圈有兩個(gè)繞組，這兩個(gè)繞組被設(shè)計(jì)成使它們所流過(guò)的電流沿線圈芯傳導(dǎo)時(shí)方向相反，從而使磁場(chǎng)為0。如果為了安全起見(jiàn)，芯體上的線圈不是雙線繞制，這樣兩個(gè)繞組之間就有相當(dāng)大的間隙，自然就引起磁通“泄漏”，這即是說(shuō)，磁場(chǎng)在所關(guān)心的各個(gè)點(diǎn)上并非真正為0。共模扼流圈的漏感是差模電感。事實(shí)上，與差模有關(guān)的磁通必須在某點(diǎn)上離開(kāi)芯體，換句話說(shuō)，磁通在芯體外部形成閉合回路，而不僅僅只局限在環(huán)形芯體內(nèi)。

　　如果芯體具有差模電感，那么，差模電流就會(huì)使芯體內(nèi)的磁通發(fā)生偏離零點(diǎn)，如果偏離太大，芯體便會(huì)發(fā)生磁飽和現(xiàn)象，使共模電感基本與無(wú)磁芯的電感一樣。結(jié)果，共模輻射的強(qiáng)度就如同電路中沒(méi)有扼流圈一樣。差模電流在共模環(huán)形線圈中引起的磁通偏離可由下式得出：

　　式中，是芯體中的磁通變化量，Ldm是測(cè)得的差模電感，是差模峰值電流，n為共模線圈的匝數(shù)。

　　由于可以通過(guò)控制B總，使之小于B飽和，從而防止芯體發(fā)生磁飽和現(xiàn)象，有以下法則：

　　式中，是差模峰值電流，Bmax是磁通量的最大偏離，n是線圈的匝數(shù)，A是環(huán)形線圈的橫截面積。Ldm是線圈的差模電感。

　　共模扼流圈的差模電感可以按如下方法測(cè)得：將其一引腿兩端短接，然后測(cè)量另外兩腿間的電感，其示值即為共模扼流圈的差模電感。

共模扼流圈綜述

　　濾波器設(shè)計(jì)時(shí)，假定共模與差模這兩部分是彼此獨(dú)立的。然而，這兩部分并非真正獨(dú)立，因?yàn)楣材６罅魅梢蕴峁┫喈?dāng)大的差模電感。這部分差模電感可由分立的差模電感來(lái)模擬。

　　為了利用差模電感，在濾波器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，共模與差模不應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，而應(yīng)該按照一定的順序來(lái)做。首先，應(yīng)該測(cè)量共模噪聲并將其濾除掉。采用差模抑制網(wǎng)絡(luò)（Differential Mode Rejection Network），可以將差模成分消除，因此就可以直接測(cè)量共模噪聲了。如果設(shè)計(jì)的共模濾波器要同時(shí)使差模噪聲不超過(guò)允許范圍，那么就應(yīng)測(cè)量共模與差模的混合噪聲。因?yàn)橐阎材３煞衷?A target=_blank>噪聲容限以下，因此超標(biāo)的僅是差模成分，可用共模濾波器的差模漏感來(lái)衰減。對(duì)于低功率電源系統(tǒng)，共模扼流圈的差模電感足以解決差模輻射問(wèn)題，因?yàn)椴钅］椛涞脑醋杩馆^小，因此只有極少量的電感是有效的。

　　盡管少量的差模電感非常有用，但太大的差模電感可以使扼流圈發(fā)生磁飽和。可根據(jù)公式（2）作簡(jiǎn)單計(jì)算來(lái)避免磁飽和現(xiàn)象的發(fā)生。

可以用LISN原理測(cè)量共模扼流圈飽和特性的方法

　　測(cè)量共模線圈磁芯（整體或部分）的飽和特性通常是很困難的。通過(guò)簡(jiǎn)單的試驗(yàn)可以看出共模濾波器的衰減在多大程度上受由60Hz編置電流引起的電感減小量的影響。進(jìn)行此項(xiàng)測(cè)試需要一臺(tái)示波器和一個(gè)差模抑制網(wǎng)絡(luò)（DMRN）。首先，用示波器來(lái)監(jiān)測(cè)線電壓。按如下方法從示波器的A通道輸入信號(hào)，將示波器的時(shí)間基準(zhǔn)置為2ms/div，然后將觸發(fā)信號(hào)加在A通道上，在交流電壓達(dá)到峰值時(shí)會(huì)有線電流產(chǎn)生，此時(shí)濾波器效能的降級(jí)是意料中的事情。差模抑制網(wǎng)絡(luò)（DMRN）的輸入端連接到LISN，輸出端用50的阻抗進(jìn)行匹配且與示波器的B通道相連。當(dāng)共模扼流圈工作在線性區(qū)時(shí)，在輸入電流波動(dòng)期間，B通道監(jiān)測(cè)到的發(fā)射增加值不超過(guò)6—10dB。圖1為此測(cè)試在示波器上顯示的結(jié)果，上面的曲線為共模發(fā)射；下面的曲線為線電壓。在線電壓峰值期間，橋式整流器正向?qū)ㄇ覀魉统潆婋娏鳌?

　　圖1 示波器上顯示的由于60Hz充電電流引起的共模扼流圈的降級(jí)

圖一

如果共模扼流圈達(dá)到飽和，那么在輸入浪涌增加時(shí)，發(fā)射將會(huì)增加。如果共模扼流圈達(dá)到強(qiáng)飽和，發(fā)射強(qiáng)度與不加濾波器時(shí)的情況是一樣的，也就是說(shuō)很容易達(dá)到40dB以上。

　　這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可用其他方法來(lái)解釋。發(fā)射最小值（線電流為0的時(shí)候）是濾波器無(wú)偏置電流時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的效果。峰值發(fā)射與最小發(fā)射的比率，即降級(jí)因子，用來(lái)衡量線電流偏移量對(duì)濾波器實(shí)際效果的影響。降級(jí)因子較大表明共模扼流圈磁芯完全沒(méi)有得到恰當(dāng)?shù)氖褂?，較好的濾波器的“固有降級(jí)因子”差不多在2—4之間。它是由兩種現(xiàn)象產(chǎn)生的：第一，60Hz充電電流引起的電感減?。ㄈ缟纤觯?；第二，橋式整流器的正向及反向?qū)?。共模發(fā)射的等效電路由一個(gè)阻抗約為200pF的電壓源、二極管阻抗和LISN的共模阻抗組成，如圖2所示。當(dāng)橋式整流器正向偏置時(shí)，在源阻抗、25和LISN共模阻抗之間會(huì)產(chǎn)生分壓現(xiàn)象。當(dāng)橋整流器反向偏置時(shí)，在源阻抗、整流橋反偏電容、LISN之間產(chǎn)生分壓現(xiàn)象。當(dāng)二極管整流橋反向偏置電容較小時(shí)，對(duì)共模濾除有一定效果。當(dāng)整流橋正向偏置時(shí)則對(duì)共模濾除沒(méi)有影響。

圖2 共模輻射等效電路

　　由于產(chǎn)生了分壓，固有降級(jí)因子的預(yù)期值為2左右。實(shí)際值的變化相當(dāng)大，主要取決于源阻抗和二極管整流橋反向偏置電容的實(shí)際大小。在Flugan發(fā)明的一個(gè)電路中，正是應(yīng)用這個(gè)原理來(lái)減小鎮(zhèn)流器的傳導(dǎo)發(fā)射的。

用電流原理測(cè)量共模扼流圈飽和特性的方法

　　如果測(cè)試人員相當(dāng)謹(jǐn)慎，那么就可以采取類似MIL-STD-461中的測(cè)試裝置來(lái)檢測(cè)共模扼流圈的飽和特性。這個(gè)原理的應(yīng)用如下：測(cè)試時(shí)采用兩只電流探頭，低頻探頭監(jiān)測(cè)線電流，高頻探頭僅測(cè)量共模發(fā)射電流。線電流監(jiān)視器作為觸發(fā)源。不過(guò)，使用電流探頭的一個(gè)隱患是差模電流衰減是管芯內(nèi)繞組導(dǎo)線對(duì)稱性的函數(shù)。如果精心合理安排繞線布局的話，30dB左右的差模電流衰減是能夠得到的。即使達(dá)到這個(gè)衰減值，測(cè)得的差模分量也可能超過(guò)預(yù)期的共模分量值。可用如下兩項(xiàng)技術(shù)來(lái)解決這一問(wèn)題：第一，將一只6kHz轉(zhuǎn)折頻率的高階高通濾波器與示波器串聯(lián)（注意應(yīng)用50的終端阻抗進(jìn)行匹配）。第二，在每只10μF的電容與電源總線之間接入一根導(dǎo)線。為了測(cè)量共模輻射，電流探頭應(yīng)夾在這些載有極小線電流的導(dǎo)線近旁。

共模扼流圈內(nèi)存在的差模與共模磁通

　　為了快速且淺顯地介紹共模扼流圈的作用，可考慮采用以下論述：“共模扼流圈管芯兩側(cè)的磁場(chǎng)相互抵消，因此不存在磁通使管芯飽和。”盡管這種論述對(duì)共模扼流圈作用的直覺(jué)敘述具體化了，但實(shí)質(zhì)上并非如此。

參考以下圍繞麥克斯韋方程所進(jìn)行的討論

　　* 假設(shè)電流密度J產(chǎn)生磁場(chǎng)H，那么就可得出結(jié)論：附近的另一個(gè)電流不會(huì)抵消或阻止磁場(chǎng)或者是由此而產(chǎn)生的電場(chǎng)。

　　* 同樣一個(gè)相鄰的電流可以導(dǎo)致磁場(chǎng)路徑的改變。

　　* 在環(huán)形共模電感的特殊場(chǎng)合中，每條引線中的差模電流密度可假定是相等的，且方向相反。所以由此而產(chǎn)生的磁場(chǎng)必定在環(huán)形磁芯周邊上的總和為0，而在其外部則不為0！

　　磁芯的作用就好像它在線圈繞組的間隙處裂為兩半時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的效果一樣。每個(gè)繞組在環(huán)形線圈一半的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)，意指穿過(guò)空氣的磁場(chǎng)必定會(huì)形成自封閉回路，圖3是環(huán)形磁芯和差模電流磁路的示意圖。

圖3 共模環(huán)形磁芯中差模磁路示意圖

漏感綜述

　　共模扼流圈能發(fā)揮一定的作用是由于μcm比μdm大好幾個(gè)數(shù)量級(jí)的緣故，因?yàn)楣材ｋ娏魍ǔ：苄?，可以通過(guò)使L/D保持在較低值來(lái)獲得更小的μdm。

　　為了得到共模電感，同時(shí)又要使差模電感最小，最好是采用橫截面積較大的磁芯繞制成多匝線圈。采用較大的螺旋管磁芯，也并非一定要這樣的磁芯，可在共模扼流圈內(nèi)并入有效的差模電感。因?yàn)椴钅４磐ㄊ沁h(yuǎn)離磁芯（環(huán)形結(jié)構(gòu)）的，因此可能會(huì)產(chǎn)生極強(qiáng)的輻射。尤其是濾波器安裝在PCB板上的情況下，這種輻射可以耦合到電源線，使傳導(dǎo)發(fā)射增強(qiáng)。當(dāng)磁性材料被帶到場(chǎng)內(nèi)時(shí)（例如，環(huán)形磁芯放置在鐵殼里），差模磁導(dǎo)率就可能會(huì)顯著地增加，從而由于差模電流而導(dǎo)致磁芯的飽和。

無(wú)輻射共模扼流圈結(jié)構(gòu)

　　為了實(shí)現(xiàn)有效的濾波器設(shè)計(jì)，磁通離開(kāi)磁芯引起的輻射問(wèn)題必須予以解決。其辦法有是將差模磁通限制在磁性結(jié)構(gòu)物體中（壺形鐵芯），或者是為差模磁通（E形鐵芯）提供一條高磁導(dǎo)率的路徑。

壺形鐵芯結(jié)構(gòu)

　　如果共模扼流圈采用壺形鐵芯結(jié)構(gòu)，那么就需兩個(gè)繞軸。圖4示意出了壺形鐵芯窗格里的兩組線圈及其產(chǎn)生的磁通路徑。同時(shí)也表明了同一結(jié)構(gòu)條件下的差模磁通路徑。

圖4 共模壺形鐵芯電感中的磁路

　　注意第一組，所有的磁通均在鐵芯內(nèi)部。正是由于這種結(jié)構(gòu)，從鐵芯外表面到其中心垂直隔板間的空氣隙長(zhǎng)度決定了純磁阻的大小。使用磁導(dǎo)率大于10的墊圈后，就可以通過(guò)改變墊圈（其值等于空氣隙長(zhǎng)度）內(nèi)外半徑的大小來(lái)控制純磁阻。壺形鐵芯的差模電感、共模扼流圈可按如下公式計(jì)算：

　　具體尺寸如圖5所示。

　　圖5 壺形鐵芯計(jì)算差模電感時(shí)的具體尺寸

　　減小差模路徑上的磁阻將使差模電感增加。使用這種共模扼流圈的最顯著的優(yōu)點(diǎn)就在于壺形鐵芯具有固有的“自屏蔽”特性。

E形鐵芯結(jié)構(gòu)

　　另外還有一種共模扼流圈，它比環(huán)形磁芯線圈更易繞制，但比壺形鐵芯線圈的輻射更厲害，E形鐵芯線圈如圖6所示。圖中表明，共模磁通將外部引線上的兩組線圈都聯(lián)系在一起了。為了獲得較高的磁導(dǎo)率，在外部引線上應(yīng)沒(méi)有空氣隙。另一方面，差模磁通將外部引線和中心引線聯(lián)系起來(lái)。差模路徑中的磁導(dǎo)率可以通過(guò)使中心引線彼此隔開(kāi)來(lái)取得，中心引線是產(chǎn)生輻射的主要區(qū)域。