电感作为磁性元件的重要组成部分，广泛应用于电力电子电路中。特别是在电力电路中，它是不可缺少的一部分，如工业控制设备中的电磁继电器，电力系统中的电功率表(电度表)。 　　

　　

　　电源设备输入输出端的滤波器，电视接收发射端的调谐器等。都离不开电感。电感器在电子线路中主要的作用有：储能、滤波、扼流、谐振等。 　　

　　

　　在电源电路中，由于电路处理的均是大电流或高电压的能量传递，故电感器多为“功率型”电感。与小信号处理电感的区别恰恰在于它的电源电感。在设计中，由于开关电源的拓扑结构不同，设计方法有各自的要求，给设计带来了困难。 　　

　　

　　当前电源电路中的电感器主要用于滤波、储能、能量传递以及功率因数校正等。感应器设计涵盖了电磁理论、磁性材料、安全法规等多方面的知识。设计人员需要对工作条件和相关参数要求(如电流、电压、频率、温升、材料特性等)有清晰的认识。)才能做出最合理的设计。 　　

　　

　　电感器的分类 　　

　　

　　电感可以根据其应用环境、产品结构、形状、用途等分为不同的类型。通常电感器设计是以用途及应用环境作为出发点而开始的。可以分为： 　　

　　

　　// 　　

　　

　　共模滤波器电感(共模扼流圈) 　　

　　

　　正常模式滤波器电感器(正常模式扼流圈) 　　

　　

　　功率因数校正-PFC扼流圈 　　

　　

　　交叉耦合电感(耦合器扼流圈) 　　

　　

　　平滑扼流(平滑扼流) 　　

　　

　　磁放大器线圈(磁放大器线圈) 　　

　　

　　// 　　

　　

　　共模滤波电感要求两个线圈具有相同的电感值、相同的阻抗等。所以这类电感都是对称设计的，形状多为圆环、UU、ET等。 　　

　　

　　共模扼流圈的工作原理 　　

　　

　　共模滤波电感器又称共模扼流线圈（以下简称共模电感或CM.M.Choke）或Line Filter。 　　

　　

　　在开关电源中，整流二极管、滤波电容和电感中的电流或电压急剧变化，产生电磁干扰源(噪声)，同时输入电源还存在工频以外的高次谐波噪声。 　　

　　

　　因此，这些干扰若不加以扼制，将对负载设备或开关电源本身造成损害，多个国家的安全监管机构对电磁干扰(EMI)的发射做出了相应的规定。 　　

　　

　　目前，开关电源的开关频率越来越高，电磁干扰也越来越严重。因此，所有开关电源都必须配备EMI滤波器，以抑制正常模式和共模噪声，从而达到规定的标准。 　　

　　

　　共模滤波器负责滤除两路输入或输出线之间的差模干扰信号，共模滤波器负责滤除两路输入线的共模干扰信号。 　　

　　

　　实际上，由于又可分为 AC CM.M.CHOKE ；DC CM.M.CHOKE 和 SIGNAL CM.M.CHOKE 三种，在共模扼流圈中的工作环境不同，所以在设计或选型时应该加以区分，但其工作原理是完全相同的，如图(1)所示： 　　

　　

　　 　　

　　

　　图1共模扼流圈的作用 　　

　　

　　如图所示，两组方向相反的线圈缠绕在同一个磁环上。根据右手螺旋管定律，在输入端A和B两端施加极性相反、信号幅度相同的差模电压时，会有实线所示的电流i2，在磁芯中会产生实线所示的磁通量 2。只要两个绕组完全对称，磁芯中两个不同方向的磁通量就会相互抵消。 　　

　　

　　总磁通量为零，线圈电感几乎为零，对正常模式信号没有阻抗效应。如果在输入端A和B的两端施加极性相同、幅值相等的共模信号，则虚线所示的电流i1会在磁芯中产生虚线所示的磁通量 1，使磁芯中的磁通量同向并相互加强，使每个线圈的电感值是单个线圈的两倍，XL= L，因此，这种绕线线圈对共模干扰有很强的抑制作用。 　　

　　

　　实际的EMI滤波器由L和C组成，差模和共模抑制电路在设计中往往是结合在一起的(如图2所示)。因此，设计时需依据滤波电容的大小以及所需符合的安规标准作出电感值的决定。 　　

　　

　　图中，L1、L2和C1构成正常模式滤波器，L3、C2和C3构成共模滤波器。 　　

　　

　　 　　

　　

　　图2 EMI滤波器电路 　　

　　

　　在设计共模电感之前，首先要考察线圈须行符合以下原则： 　　

　　

　　1.在正常工作情况下，磁芯不会因通电电源的电流而饱和； 　　

　　

　　2.对于高频干扰信号，必须有足够大的阻抗、一定的带宽和 　　

　　

4、直流电阻应尽量小；

　　

5、感应电感应尽量大，电感值需稳定；

　　

6、绕组间之绝缘性须满足安规要求。

　　

共模电感器之设计步骤：

　　

Step 0 SPEC取得：EMI允许级别，应用位置

　　

Step 1电感值确定

　　

Step 2 core材质及规格确定

　　

Step 3绕组匝数及线径确定

　　

Step 4打样

　　

Step 5测试

　　

设计举例：

　　

　　

　　

　　

图3实际EMI滤波器

　　

Step 0 : 如图3所示EMI滤波电路

　　

CX = 1.0 Uf Cy = 3300PF EMI等級 : Fcc Class

　　

Type : Ac Common Mode Choke

　　

Step 1：电感（L）确定：

　　

由电路图可知共模信号由L3和C2、C3组成的共模滤波器抑制，实际L3与C2和C3构成两路LC串联电路，分别吸收L和N在线的噪声。只要确定滤波电路的截止频率，也已知电容容量C，则可以下式求出电感L：

　　

fo= 1/(2π√LC)L → 1/(2πfo)2C

　　

通常EMI测试频宽如下：

　　

传导干扰：150KHZ →30MHZ（注：VDE标准10KHZ - 30M）

　　

辐射干扰：30MHZ 1GHZ

　　

实际的滤波器无法达到理想滤波器那样陡峭的阻抗曲线，通常可将截止频率设定在50KHZ左右。在此，假设f o = 50KHZ，则：

　　

L =1/(2πfo)2C = 1/ 《 2*3.14*50000》2 *3300*10-12> = 3.07mH

　　

L1、L2、C1组成（低通）常模滤波器，线间电容有1.0uF，则常模电感为：

　　

L = 1/ 《 2*3.14*50000》2 *1*10-6> = 10.14uH

　　

如此，可得到理论要求的电感值，若想获得更低的截止频率fo，则可进一步加大电感值，截止频率一般不低于10KHZ。

　　

理论上电感量越高对EMI抑制效果越好，但过高的电感将使截止频率更低，而实际的滤波器只能做到一定宽带，也就使高频噪声的抑制效果变差（一般开关电源的噪声成分约为5 ~10MHZ间，但也有超过10MHZ之情形）。

　　

另外，电感量愈高，则绕线匝数愈多，或CORE之ui越高，如此将造成低频阻抗增加（DCR变大）。

　　

匝数增加使分布电容也随之增大（如图4），使高频电流全部经此电容流通。过高的ui使CORE极易饱和，同时制作也极困难，成本也较高。

　　

　　

　　

　　

图4有分布电容Cd之等效电路图

　　

Step 2：CORE材质及SIZE确定

　　

从前述设计要求中可知，共模电感器需不易饱和，如此就需要选择低B - H角形比之材料，因需要较高的电感值，磁芯的ui值也就要高，同时还必须有较低的磁芯损耗和较高的Bs值，符合上述要求之CORE材质，目前以Mn - Zn铁氧体材料CORE最为合适。

　　

COEE SIZE在设计时并无一定的规定，原则上只要符合所需电感量，且在允许的低频损耗范围内，以所设计的产品体积最小化即可。

　　

因此，CORE材质及SIZE提取应以成本、允许损耗、安装空间等作考察。共模电感常用CORE之ui约在2000 ~ 10000之间。

　　

Iron Powder Core也有低的铁损，高的Bs和较低的B - H角形比率，但其ui较低，故一般不被应用于共模电感，而该类磁芯却是常模电感器之优选材料。

　　

Step 3：确定匝数N和线径dw

　　

首先确定CORE之规格，如本例采用T18*10*7、A10、AL = 8230±30%，则：

　　

N = √L / AL = √(3.07*106 ) / (8230*70%) = 23 TS

　　

线径以电流密度3 ~ 5A / mm2为选择原则，若空间允许可选择尽量低的电流密度。

　　

假设本例输入电流I i = 1.2A，取J = 4 A / mm2，则：

　　

Aw = 1.2 / 4 = 0.3 mm2

　　

Φ0.70 mm

　　

实际的共模电感还必需通过实做样品进行测试，方可确认设计之可靠性，因为制作工艺的差异也将导致电感参数的差异而影响滤波效果。

　　

如分布电容的增加，将使高频噪声更易传递，两绕组的不对称性，使两组感量差异变大，对常模信号形成一定阻抗。

　　

小结

　　

1 、共模电感器的作用是滤除线路中的共模噪声，设计时要求两绕组具有完全对称的结构，电参数相同。

　　

2 、共模电感的分布电容对抑制高频噪声有负面影响，应尽量减小。

　　

3 、共模电感的感值与须滤除的噪声频带及配合电容容量有关，通常感值在2mH ~50 mH之间

　　

（文章整理自网络，侵删！）

　　

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