共模电感基础知识
图(1):共模电感
什么是共模电感
共模电感(Common Mode Choke)也叫共模扼流圈,是一个以铁氧体、非晶体为磁芯的共模干扰抑制器件。它有两个尺寸相同、匝数相同的线圈对称的绕制在磁芯上,形成的四端口器件。
理想的共模电感只对共模干扰有抑制作用,对差模信号无衰减和抑制作用,而实际上由于线圈绕制的不完全对称会导致差模漏感的产生,使得共模电感可以对差模信号有一定的抑制作用。
由于共模扼流圈能够在结构很小的磁芯上实现非常大的共模电感值而广泛的应用于EMI滤波器中,它对抑制传导EMI噪声具有非常重要的作用,共模电感被广泛应用于开关电源输入L、N线和高速差分信号的共模干扰抑制。
共模电感工作原理
图(2):差模电流流入共模电感工作原理
当差模电流流过两个匝数相同、绕制方式相同的两个线圈时,产生相互抵消的磁场,差模电流主要受到线圈本身电阻的影响,所以差模信号可以无衰减的通过。
图(3):共模电流流入共模电感工作原理
共模电流流入线圈时,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,产生较高的共模噪声阻尼效果,以此衰减共模电流达到滤波的目的。
共模感量测试方法
共模扼流圈的两个绕组完全对称和绕组铜损对应的阻抗R。的值相对总的共模通路阻抗是可以忽略的,简化后的共模扼流圈共模电路拓扑如下图(4)所示。
图(4):共模电感绕组的共模通路
为了方便共模EMI噪声电流分析的需要,则可以将两个绕组阻抗并联连接,并联后的等效电路如图(5)所示,即共模扼流圈的高频共模模型结构。
图(5):共模等效模型
由于磁性元件的非线性特性,Lcm是随频率变化的参数,此高频等效电路的模型的阻抗表达式为:
将共模扼流圈并联连接,阻抗Zcm以及电感Lcm0测量电路如下图所示,一般来说,Rcm取阻抗曲线Zcm谐振峰值阻抗,Lcm取低频状态下Lcm0,根据Zcm曲线的谐振点求取Ccm。
图(6):共模阻抗测试连接图
差模感量的测试方法
将P2和P4短接,用网络分析仪测量PI和P3之间的阻抗ZB及电感Leq,或者将P1和P3短接,用网络分析仪测量PI和P3之间的阻抗ZB及电感Leq,测量连接方法如下图所示。
图(7):差模感量测量连接图
这种阻抗测量情况下的等效电路的简化形式如下图所示:
图(8):差模等效模型
考虑到差模电感是由共模扼流圈的漏磁通产生,漏磁通磁势主要降落在绕组周围的空气磁阻上,而不是降落在绕组内部磁芯磁阻上,因而漏磁通受到共模扼流圈磁芯材料特性的影响比较小,那么可以认为差模电感感受共模扼流圈磁芯材料特性随频率发生非线性变化的影响也非常小,通过电感曲线可以得到Leq ,Req为阻抗曲线ZB谐振峰值阻抗,R为共模电感的DC阻抗(一般情况下可以忽略)。
等效电路各阻抗可以表示为:
总阻抗ZB的表达式为: