共模電感說(shuō)明

1、共模電感原理及在EMI中的應(yīng)用 2009-3-18 10:52:00 | By: qqcandy 一、初識(shí)共模電感 共模電感(Common mode Choke)，也叫共模扼流圈，常用于電腦的開關(guān)電源中過(guò)濾共模的電磁干擾信號(hào)。在板卡設(shè)計(jì)中，共模電感也是起EMI濾波的作用，用于抑制高速信號(hào)線產(chǎn)生的電磁波向外輻射發(fā)射。圖1：各種CMC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

2、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?？偟膩?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，如圖1-1所示。圖1-1： 串模干擾和共模干擾 如果板卡產(chǎn)生的共模電流不經(jīng)過(guò)衰減過(guò)濾(

3、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?yàn)V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

4、 圖2是我們常見的共模電感的內(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。圖3：貼片CMC二、從工作原理看共模電感 為什么共模電感能防EMI？要弄清楚這點(diǎn)，我們需要從共模電感的結(jié)構(gòu)開始分析。圖4： 共模電感濾波電路 圖4是包含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

5、漏感造成的阻尼)；當(dāng)有共模電流流經(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。 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。小知識(shí)：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

6、。共模電感有兩個(gè)繞組，其間有相當(dāng)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)到更好的濾波效果共模電感 百科名片共模電感共模電感(Common mode Choke)，也叫共模扼流圈，常用于電腦的開關(guān)電源中過(guò)濾共模的電磁干擾信號(hào)。在板卡設(shè)計(jì)中，共模電感也是起EMI濾波的作用，用于抑制高速信號(hào)線產(chǎn)生的電磁波向外輻射發(fā)射。 目錄隱藏初識(shí)共模電感 共模

7、電感工作原理 漏感和差模電感 從看板卡整體設(shè)計(jì)看共模電感 1. 概述 2. 主板Layout(布線)設(shè)計(jì) 3. 主板布線的劃斷 4. 主板接口的設(shè)計(jì)從必要性看共模電感 共模電感的測(cè)量與診斷 1. 概述 2. 漏感的重要性 3. 共模扼流圈綜述 4. 用LISN原理測(cè)量共模扼流圈飽和特性的方法 5. 用電流原理測(cè)量共模扼流圈飽和特性的方法 6. 共模扼流圈內(nèi)存在的差模與共模磁通 7. 參考以下圍繞麥克斯韋方程所進(jìn)行的討論 8. 漏感綜述 9. 無(wú)輻射共模扼流圈結(jié)構(gòu) 10. 壺形鐵芯結(jié)構(gòu) 11. E形鐵芯結(jié)構(gòu)共膜濾波器JEPSUN-CM系列初識(shí)共模電感 共模電感工作原理 漏感和差模電感 從看板卡整

8、體設(shè)計(jì)看共模電感 1. 概述 2. 主板Layout(布線)設(shè)計(jì) 3. 主板布線的劃斷 4. 主板接口的設(shè)計(jì)從必要性看共模電感 共模電感的測(cè)量與診斷 1. 概述 2. 漏感的重要性 3. 共模扼流圈綜述 4. 用LISN原理測(cè)量共模扼流圈飽和特性的方法 5. 用電流原理測(cè)量共模扼流圈飽和特性的方法 6. 共模扼流圈內(nèi)存在的差模與共模磁通 7. 參考以下圍繞麥克斯韋方程所進(jìn)行的討論 8. 漏感綜述 9. 無(wú)輻射共模扼流圈結(jié)構(gòu) 10. 壺形鐵芯結(jié)構(gòu) 11. E形鐵芯結(jié)構(gòu)共膜濾波器JEPSUN-CM系列 編輯本段初識(shí)共模電感 共模電感的一種小知識(shí)：EMI(Electro Magnetic Inter

9、ference，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

10、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

11、個(gè)組成部分。 共模電感實(shí)質(zhì)上是一個(gè)雙向?yàn)V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。 編輯本段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)，我們需要從共模電感的結(jié)構(gòu)開始分析。 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

12、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。 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。 現(xiàn)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的一種小型共模電

13、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。 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、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。 編輯本段漏感和差模電感對(duì)理想的電感模型而言，

14、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。 編輯本段從看板卡整體設(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

15、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，犯下見木不見林的錯(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)

16、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

17、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

18、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”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。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

19、性能都不錯(cuò)，但電磁波還是會(huì)從機(jī)箱表面的開孔處泄漏出來(lái)，如PS/2接口、USB接口以及并、串口等的開口處?？椎拇笮Q定了電磁干擾的泄露程度。開口的孔徑越小，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，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。 編輯本段從必要

20、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. 編輯本段共模電感的測(cè)量與診斷概述電源濾波器的設(shè)計(jì)通常可從共模和差模兩方面來(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

21、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

22、安全起見，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

23、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，

24、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煞衷谠肼暼菹抟韵拢虼顺瑯?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?？筛鶕?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。 用LISN原理

25、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)

26、射增加值不超過(guò)610dB。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

27、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24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坏诙?，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

28、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

29、過(guò)預(yù)期的共模分量值?？捎萌缦聝身?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10F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