共模电感主要是滤除共模干扰信号,但是共模干扰信号本身就是是一个不定量,会因为环境,PCB,布局,器件,负载,架构等等的不同而不同,所以共模电感想要通过计算得出准确的值,是不太现实的,更多的是在摸底测试阶段中不断的调整(经验占主导),直到符合项目要求为止。
先来理一下共模干扰和差模干扰的定义:
这种看不见摸不着的概念是比较难理解的,现实中可以通过频谱分析仪来观察共模干扰的形态。
共模干扰:电流的大小可能会相等,但是方向(相位)一定是相同的,说白了就是两个幅度相等,相位相同的干扰信号。都是以大地,设备金属外壳等作为参考平面。属于非对称性干扰。
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对于共模干扰,共模干扰本身对设备的运行不会造成影响,但是如果共模干扰转换为差模干扰,那对设备的影响就比较大了。
差模干扰指的是存在于两导线之间的干扰信号,属于对称性干扰。电流大小相等,方向相反。幅度相同,相位相反。
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根据右手螺旋定则,当共模干扰通过共模电感时,会产生两个方向相同的磁场进而两个磁场叠加,导致整个线圈的阻抗增加,阻碍共模信号通过,当差模干扰通过共模电感时,会产生两个方向相反的磁场,从而磁场相互抵消,差模信号顺利通过。
共模电感的选型
(1)磁芯材质的选择,目前最为常用的就是锰锌铁氧体(MnZn)和镍锌铁氧体(NiZn)。
镍锌铁氧体初始磁导率较低,但是一旦频率超过100MHZ时,能保持较高的磁导率,在低频时,阻抗较低,所以不适合用在低频领域,适用在高频领域。
锰锌铁氧体磁导率很高,即使在低频的情况下也能保持较高的磁导率,适用于10KHZ~50MHZ这个范围的频率。锰锌铁氧体形状较多,包括环形、E形、罐形、RM形及EP形等,由于环形磁芯价格便宜且有较高有效磁导率,通常用于共模电感。
(2)最小电感值,在实际设计选型中电感值必须要大于这个最小电感值,不然在EMI阶段起不到足够的滤波效果,可以按照下面的公式进行计算:
Lmin=Zcm*Icm/2πf
其中,Lmin为最小电感值
Zcm为共模阻抗,Icm为共模电流,f为频率。
一般开关电源100W以下,感值的范围多数在10mH~20mH之间。
(3)额定电流(Rated Current),负载的工作电流不能大于额定电流,需要充分考虑温升情况,因为共模电感在高温的情况下,很容易导致电感进入到饱和状态,这个是必须要避免的。
(4)饱和电流(Isat),顾名思义,就是能让共模电感进入饱和状态时的电流,所以实际的工作电流一定要小于这个饱和电流。
(5)直流电阻DCR,DCR越小,热损耗越小,发热量越低。
(6)绝缘电阻,一些国家和地区对这个绝缘电阻有明确的要求,一般范围是100MΩ~1GΩ,良好的绝缘电阻意味着更低的漏电流和安全性。
(7)线圈匝数,实际应用中,很多共模电感都是采用单层线圈的方式绕制,只要目的是减少电感中的寄生电容。
开关电源的EMI其实就是指开关电源对电网的干扰,EMI的大小在设计之初是无法精确计算的出来的,主要原因:
(1)电源本身功率的大小
(2)PCB的布局与走线
(3)器件选型的差异
等等这些源头都无法计算的出来,理论上来说共模电感的值越大,滤波效果就越好,但是要综合考虑体积和成本,只能说没有最好,只有最合适。
好了,今天就先写到这吧!