共模扼流圈_

  小知识：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， 我们也可通过漏感。 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。 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为加EMI滤波器时开关电源 上 0.15MHz～30MHz传导噪声的波形（即电磁干扰峰值包络线） 。曲线（d） 所示EMI滤波器后的波形，能将电磁干扰衰减 50dBμV～70dBμV。显然，这种EMI滤波器的 效果更加好。 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：标称电压、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、外观尺寸、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。 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从始至终保持不变，则P1=V12/Z，P2=V2 2/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(V1/V2) (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， 通常是由生产厂商进行实际测量， 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 给出一条典型曲线。由力疔见， 该产品可将 1MHz～30MHz的噪声电压衰减 65dB。 计算EMI滤波器对地漏电流的公式为： ILD=2πfCVc （3） 式中，ILD为漏电流，f是电网频率。以图 1 为例，f=50Hz，C=C3C4=4400pF，Vc是C3、 C4 上的压降，亦即输出端的对地电压，可取Vc≈220V/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=4700pF×2=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。在电子医疗设施中对漏电流的要求更为严格。 需要指出，额定电流还与环境和温度TA有关。例如国外有的生产厂商给出下述经验公式： I=I1×[(85-TA)/45 的根据 2 次方] 式中，I1 是 40℃时的额定电流。举例说明，当TA=50℃时，I=0.88I1；而当TA=25℃时， I=1.15I1。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是负哉 阻抗，一般取 50Ω。噪声频率范围可选 10kHz～30MHz。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。 铁氧体磁环使用方面的一些问题 铁氧体材料的选择：根据要抑制干扰的频率不同，选不一样磁导率的铁氧体材料。铁氧体材 料的磁导率越高，低频的阻抗越大，高频的阻抗越小。另外，一般导磁率高的铁氧体材料介 电常数较高，当导体穿过时，形成的寄生电容较大，这也降低了高频的阻抗。 铁氧体磁环的尺寸确定：磁环的内外径差越大，轴向越长，阻抗越大。但内径一定要包紧导 线。因此，要获得大的衰减，尽量使用体积较大的磁环。 共模扼流圈的匝数：增加穿过磁环的匝数能增加低频的阻抗，但是由于寄生电容增加，高 频的阻抗会减小。 盲目增加匝数来增加衰减量是一个常见的错误。 当需要抑制的干扰频带较 宽时，可在两个磁环上绕不同的匝数。 例：某设备有两个超标辐射频率点，一个是为 40MHz，另一个为 900MHz。经检查，确定 是电缆的共模辐射所致。在电缆上套一个磁环（1/2 匝） ，900MHz的干扰明显减小，不再超 标，但是 40MHz频率仍然超标。将电缆在磁环上绕 3 匝，40MHz干扰减小，不再超标，但 900MHz超标。怎样解决这一个问题？ 电缆上铁氧体磁环的个数：增加电缆上的铁氧体磁环的个数，可以增加低频的阻抗，但高频 的阻抗会减小。这是因为寄生电容增加的缘故。 偏置电流的影响：当穿过铁氧体磁环的导体上有电流时，铁氧体的阻抗会减小，适当增加磁 环的长度可以弥补这个损失。 由于铁氧体磁环主要对高频干扰其抑制作用， 而高频干扰一般

  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。

  额定工作电流： 这是个概念模糊的定义。 因为在厂商的产品说明书上并没有标明电流的定义， 是峰值还是有效值。额定工作电流不仅关系到滤波器的发热问题，还影响电感的特性，滤波 器中的电感要在峰值条件下不能发生饱和。 滤波器的体积： 电子产品小型化的要求器件小型化。 因此设计人员无一例外地希望滤波器的 体积越小越好。滤波器的体积主要由滤波器中的电感决定，而电感的体积取决于额定电流、 滤波器的低频滤波特性。体积小的滤波器一定牺牲了电流容量或低频特性。 改善滤波器高频特性的方法 为什么要改善电源线滤波器的高频特性： 尽管各种电磁兼容标准中关于传导发射的限制仅到 30MHz（旧军标到 50MHz，新军标到 10MHz） ，但是对传导发射的抑制决不能不管高频。 因为，电源线上高频传导电流会导致辐射，使设备的辐射发射超标。另外，瞬态脉冲敏感度 试验中的试验波形往往包含了很高的频率成分， 如果不滤除这些高频干扰， 也会导致设备的 敏感度试验失败。 电源线滤波器的高频特性差的主要原因有两个， 一个是内部寄生参数造成的空间耦合， 另一 个是滤波器件的不理想性。因此，改善高频特性的方法也是从这两个方面着手。 内部结构：滤波器的联线要按照电路结构向一个方向布置，在空间允许的条件下，电感与电 容之间保持一定的距离，必要时，可设置一些隔离板，减小空间耦合。 电感：按照前面所介绍的方法控制电感的寄生电容。必要时，使用多个电感串联的方式。 差模滤波电容：电容的引线要尽量短。要理解这个要求的含义：电容与需要滤波的导线（火 线和零线）之间的联线尽量短。如果滤波器安装在线路板上，线路板上的走线也会等效成电 容的引线。这时，要注意保证实际的电容引线最短。 共模电容：电容的引线要尽量短。对这个要求的理解和注意事项同差模电容相同。但是，滤 波器的共模高频滤波特性主要靠共模电容保证， 并且共模干扰的频率一般较高， 因此共模滤 波电容的高频特性更加重要。 使用三端电容可以明显改善高频滤波效果。 但是要注意三端电 容的正确使用方法。即，要使接地线尽量短，而其它两根线的长短对效果几乎没有影响。必 要时可以使用穿心电容，这时，滤波器本身的性能可以维持到 1GHz以上。 注意插入增益问题 许多人遇到过奇怪的事情，这就是使用了电源线滤波器后，电磁干扰问题反而严重了。这是 因为滤波器由于谐振， 产生了插入增益。 插入增益不仅不会使干扰减小， 而且还使干扰增强。 滤波器在源阻抗和负载阻抗相差很大时容易发生插入增益。 插入增益的频率在滤波器的截止 频率附近。 解决插入增益的方法， 一个是将谐振频率移动到没有干扰的频率上。 另一个使增加滤波器的 电阻性损耗（降低Q值） 。方法是在差模电感上并联电阻，或在差模电容上串联电阻。 选择滤波器的方法 由于滤波器会发生插入增益， 因此根据厂家提供的数据选择滤波器就有一定的风险。 可能从 厂家提供的插入损耗数据看滤波器完全符合要求， 但是实际效果并不理想。 为了避免这种情 况的发生。越来越多的人喜欢使用最坏测试条件。 许多厂家也给出这种“最坏条件”下测量的数据共用户参考。 EMI对地漏电流计算公式： I=2*X*F*C*VC VC是电容CY的压降，F=50HZ，C=2*CY，VC=220V/2=110V

  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。 共模扼流圈工作原理及插入损耗特性（或称阻抗特性）： 1、工作原理：

  为共模干扰，因此在使用时，将载有电流及其回流的导线对同时穿过铁氧体，就可以避免电 流偏置，同时对共模干扰电流的衰减作用没有改变。 铁氧体磁环的安装位置：一般尽量靠近干扰源。对于屏蔽机箱上的电缆，磁环要尽量靠近机 箱的电缆进出口。 与电容式滤波连接器一起使用效果更好：由于铁氧体磁环的效果取决于原来共模环路的阻 抗，原来回路的阻抗越低，则磁环的效果越明显。因此当原来的电缆两端安装了电容式滤波 连接器时，其阻抗很低，磁环的效果更明显。 电源线滤波器的基本电路 电源线滤波器的基本电路如图所示，各个器件的作用如图中所标。 差模滤波电容：跨接在火线和零线之间，对差模电流起旁路作用。 电容值为 0.1 ~ 1 微法。 共模滤波电容： 跨接在火线或零线与机壳地之间， 对共模电流起旁路作用， 电容值不能过大， 否则会超过安全标准中对漏电电流（ 3.5mA ）的限制要求，一般在 10000pF以下。医疗设 备中对漏电流的要求更严，在医疗设备中，这个电容的容量更小，甚至不用。 共模扼流圈：在普通的滤波器中，往往仅安装一个共模扼流圈，利用共模扼流圈的漏电感产 生适量的差模电感，起到对差模电流的抑制作用。有时，人为地增加共模扼流圈的漏电感， 提高差模电感量（想想怎样能增加漏电感） 。共模扼流圈的电感量范围为 1mH ~ 数十mH， 取决于要滤除的干扰的频率，频率越低，需要的电感量越大。 在一般的滤波器中，共模扼流圈的作用主要是滤除低频共模干扰，高频时，由于寄生电容的 存在，对干扰的抑制作用已经较小，主要依靠共模滤波电容。医疗设备由于受到漏电流的限 制， 有时不使用共模滤波电容， 这时， 要提高扼流圈的高频特性 （采用前面介绍的一些方法） 。 基本电路对干扰的滤波效果很有限，仅用在要求最低的场合。要提高滤波器的效果，可在基 本电路的基础上增加一些器件，下面列举一些常用电路： 强化差模滤波方法一：与共模扼流圈串联两只差模扼流圈，增大差模电感； 强化差模滤波方法二： 在共模滤波电容的右边增加两只差模扼流圈， 同时在差模电感的右边 增加一只差模滤波电容； 强化共模滤波：在共模滤波电容右边增加一只共模扼流圈，对共模干扰构成T形滤波； 强化共模和差模滤波：在共模扼流圈右边增加一只共模扼流圈、再加一只差模电容。 说明： 一般情况下不使用增加共模滤波电容的方法增强共模滤波效果， 防止接地不良时出现 滤波效果更差的问题 电源线滤波器的特性 任何一个电子设备要满足电磁兼容的要求， 都要在电源线上使用电源线滤波器。 现在市场上 电源线滤波器的种类繁多， 如何选择滤波器确实是一个头疼的问题。 下面介绍一些选择滤波 器时要考虑的参数。 插入损耗：对于干扰滤波器而言，这是最重要的指标，由于电源线上既有共模干扰也有差模 干扰，因此滤波器的插入损耗也分为共模插入损耗和差模插入损耗。插入损耗越大越好。 高频特性： 理想的电源线滤波器应该对交流电频率以外所有频率的信号有较大的衰减， 即插 入损耗的有效频率范围应覆盖可能存在干扰的整个频率范围。 但几乎所有的电源线滤波器手 册都仅给出 30MHz以下频率范围内的衰减特性。这是因为电磁兼容标准中对传导发射的限 制仅到 30MHz （军标仅到 10MHz） 并且大部分滤波器的性能在超过 30MHz时开始变差 ， （谁 愿意给用户留下不好的印象呢？） 。但实际中，滤波器的高频特性是十分重要的，后面讨论 这样的一个问题。

  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）。