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共模电感和磁珠设计总结

发布时间:2018-07-20 责任编辑:wenwei

【导读】共模电感(Common mode Choke),也叫共模扼流圈,是在一个闭合磁环上对称绕制方向相反、匝数相同的线圈。理想的共模扼流圈对L(或N)与E之间的共模干扰具有抑制作用,而对L与N之间存在的差模干扰无电感抑制作用。
 
但实际线圈绕制的不完全对称,会导致差模漏电感的产生。信号电流或电源电流在两个绕组中流过时方向相反,产生的磁通量相互抵消,扼流圈呈现低阻抗。共模噪声电流(包括地环路引起的骚扰电流,也处称作纵向电流)流经两个绕组时方向相同,产生的磁通量同向相加,扼流圈呈现高阻抗,从而起到抑制共模噪声的作用。
 
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。
 
共模扼流圈可以传输差模信号,直流和频率很低的差模信号都可以通过,而对于高频共模噪声则呈现很大的阻抗,所以它可以用来抑制共模电流骚扰。
 
扼流圈一般用在电源线输入端。
 
工作原理
 
共模电感和磁珠设计总结
 
共模电感扼流圈是开关电源、变频器、UPS电源等设备中的一个重要部分。其工作原理:当工作电流流过两个绕向相反线圈时,产生两个相互抵消的磁场H1、H2,此时工作电流主要受线圈欧姆电阻以及可忽略不计的工作频率下小漏电感的阻尼。如果有干扰信号流过线圈时,线圈即呈现出高阻抗,产生很强的阻尼效果,达到衰减干扰信号作用。
 
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);当有共模电图2 图3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。
 
共模电感和磁珠设计总结
 
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。
 
插入损耗特性
 
共模电感和磁珠设计总结
 
共模扼流圈插入损耗特性是由其在干扰频谱下的阻抗特性来衡量的。
 
当频率范围为0.01~1MHZ时,阻抗主要取决于线圈电感L。
 
当频率范围为1~10MHZ时,阻抗主要取决于绕组分布电容CK。
 
当频率范围为》10MHZ时,阻抗与绕组电容、主回路电感、漏电感和磁芯铁损与铜损所组成的并联电路有关(ZS为等效阻抗)。
共模扼流圈的应用
 
1.开关电源抑噪滤波器
 
2.电源线和信号线静电噪音滤波器
 
3.变换器和超声设备等辐射干扰抑制器
 
漏感和差模电感
 
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。
 
磁珠
 
磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰,还具有吸收静电脉冲的能力。磁珠是用来吸收超高频信号,一些RF电路,PLL,振荡电路,含超高频存储器电路(DDR SDRAM,RAMBUS等)都需要在电源输入部分加磁珠,而电感是一种蓄能元件,用在LC振荡电路,中低频的滤波电路等,其应用频率范围很少超过错50MHZ。
 
磁珠的功能主要是消除存在于传输线结构(电路)中的RF噪声,RF能量是叠加在直流传输电平上的交流正弦波成分,直流成分是需要的有用信号,而射频RF能量却是无用的电磁干扰沿着线路传输和辐射(EMI)。
 
要消除这些不需要的信号能量,使用片式磁珠扮演高频电阻的角色(衰减器),该器件允许直流信号通过,而滤除交流信号。通常高频信号为30MHz以上,然而,低频信号也会受到片式磁珠的影响。
 
磁珠的单位是欧姆,而不是亨特,这一点要特别注意。因为磁珠的单位是按照它在某一频率产生的阻抗来标称的,阻抗的单位也是欧姆。磁珠的DATASHEET上一般会提供频率和阻抗的特性曲线图,一般以100MHz为标准,比如1000R@100MHz,意思就是在100MHz频率的时候磁珠的阻抗相当于600欧姆。
 
要正确的选择磁珠,必须注意以下几点:
 
1、不需要的信号的频率范围为多少;
 
2、噪声源是谁;
 
3、需要多大的噪声衰减;
 
4、环境条件是什么(温度,直流电压,结构强度);
 
5、电路和负载阻抗是多少;
 
6、是否有空间在PCB板上放置磁珠。
 
磁珠的等效电路相当于带阻限波器,只对某个频点的噪声有显著抑制作用,使用时需要预先估计噪点频率,以便选用适当型号。对于频率不确定或无法预知的情况,磁珠不合适。
 
前三条通过观察厂家提供的阻抗频率曲线就可以判断。在阻抗曲线中三条曲线都非常重要,即电阻,感抗和总阻抗。最大阻抗而在低频和直流下信号衰减尽量小的磁珠型号。 片式磁珠在过大的直流电压下,阻抗特性会受到影响,另外,如果工作温升过高,或者外部磁场过大,磁珠的阻抗都会受到不利的影响。
 
共模电感和磁珠设计总结
 
磁珠与电感
 
使用片式磁珠还是片式电感主要还在于应用。在谐振电路中需要使用片式电感。而需要消除不需要的EMI噪声时,使用片式磁珠是最佳的选择。对于模、数混合的PCB板,模、数、地建议分开,最后再同点接地,如用0欧电阻连接。
 
电感是储能元件,而磁珠是能量转换(消耗)器件,射频干扰以热量的形式被消耗掉,达到EMC的目的,常用于信号线和电源线入口,抑制高频干扰和尖峰干扰。电感多用于电源滤波回路,侧重于抑止传导性干扰;磁珠多用于信号回路,主要用于EMI方面,抑制电磁辐射干扰。磁珠用来吸收超高频信号,像一些RF电路,PLL,振荡电路,含超高频存储器电路(DDR,SDRAM,RAMBUS等)都需要在电源输入部分加磁珠,而电感是一种储能元件,用在LC振荡电路、中低频的滤波电路等,其应用频率范围很少超过50MHz。
 
 
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