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    共模電感和差模電感的差異
    萬志宇科技| 2023-07-20| 返回列表

    共模電感和差模電感

    電源濾波器的設(shè)計(jì)通??梢詮墓材:筒钅蓚€(gè)方面來考慮。共模濾波器的一個(gè)重要部分是共模扼流圈,與差模扼流圈相比,共模扼流圈具有很高的電感和小尺寸的顯著優(yōu)勢。設(shè)計(jì)共模扼流圈時(shí)要考慮的一個(gè)重要問題是其漏感,即差模電感。通常,計(jì)算漏電感的方法是假設(shè)它是共模扼流圈的1%,但實(shí)際上它是共模電感的0.5%到4%之間。當(dāng)設(shè)計(jì)具有更佳性能的扼流圈時(shí),該誤差的影響不可忽略的。


    漏感的重要性

    漏感是如何形成的?即使沒有磁芯,緊密纏繞的環(huán)形線圈的所有磁通量都集中在線圈的“芯”中。然而,如果環(huán)形線圈沒有纏繞或沒有緊密纏繞,磁通量將從鐵芯泄漏。這種效應(yīng)與匝間的相對距離和螺旋管芯的磁導(dǎo)率成正比。共模扼流圈有兩個(gè)繞組,設(shè)計(jì)這兩個(gè)繞組是為了使流經(jīng)繞組的電流沿線圈鐵芯傳導(dǎo)時(shí)方向相反,從而使磁場為零。如果出于安全考慮,鐵芯上的線圈沒有用雙線纏繞,兩個(gè)繞組之間會有相當(dāng)大的間隙,這自然會造成磁通量“泄漏”,也就是說,在所有關(guān)注點(diǎn)上磁場并不是真的為零。共模扼流圈的漏感是差模電感。事實(shí)上,與差模相關(guān)的磁通量需要在某個(gè)點(diǎn)離開磁芯。換句話說,磁通量在磁心外形成一個(gè)閉環(huán),而不是局限在環(huán)形磁心內(nèi)。

    如果鐵芯有差模電感,那么差模電流會導(dǎo)致鐵芯中的磁通量偏離零點(diǎn),如果偏差太大,磁芯會磁飽和,使共模扼流圈與沒有磁芯的電感基本相同。因此,共模輻射的強(qiáng)度就像電路中沒有扼流圈一樣。

    共模扼流圈的差模電感可以這樣測量:將一條支路的兩端短路,然后測量其他支路之間的電感,指示值為共模扼流圈的差模電感。


    共模扼流圈概述

    設(shè)計(jì)濾波器時(shí),假設(shè)共模和差模相互獨(dú)立。然而,這兩個(gè)部分并不是真正獨(dú)立的,因?yàn)楣材6罅魅梢蕴峁┫喈?dāng)大的差模電感。這部分差模電感可以用離散差模電感來模擬。

    為了使用差模電感,在濾波器的設(shè)計(jì)過程中,共模和差模不應(yīng)該同時(shí)進(jìn)行,而應(yīng)該按照一定的順序進(jìn)行。首先,應(yīng)該測量并濾除共模噪聲。采用差模抑制網(wǎng)絡(luò),可以去除差模分量,從而可以直接測量共模噪聲。如果共模濾波器的設(shè)計(jì)使得差模噪聲不同時(shí)超過允許范圍,則應(yīng)測量共模和差模的混合噪聲。因?yàn)橐阎材7至康陀谠肼暼菹?,所以只有差模分量超過標(biāo)準(zhǔn),這可以通過共模濾波器的差模漏電感來衰減。對于小功率電源系統(tǒng),共模扼流圈的差模電感足夠解決差模輻射問題,因?yàn)椴钅]椛涞脑醋杩购苄?,所以只有很少量的電感才有效?

    雖然少量差模電感很有用,但過大的差模電感會使扼流圈磁飽和。根據(jù)公式進(jìn)行簡單計(jì)算可以避免磁飽和現(xiàn)象。


    用電流原理測量共模扼流圈飽和特性的方法

    如果測試人員很小心,他可以使用類似于MIL-STD-461的測試設(shè)備來檢查共模扼流圈的飽和特性。該原理的應(yīng)用如下:測試中使用兩個(gè)電流探頭,低頻探頭監(jiān)測線路電流,高頻探頭只測量共模發(fā)射電流。線路電流監(jiān)控器用作觸發(fā)源。然而,使用電流探頭的一個(gè)隱患是差模電流衰減是管芯中繞組導(dǎo)線對稱性的函數(shù)。如果仔細(xì)合理地布置繞組布局,可以獲得約30DB的差模電流衰減。即使達(dá)到該衰減值,測量的差模分量也可能超過預(yù)期的共模分量值。解決這個(gè)問題可以采用以下兩種技術(shù):[敏感詞],將一個(gè)6kHz轉(zhuǎn)折頻率的高階高通濾波器與示波器串聯(lián)(匹配時(shí)注意端子阻抗為50)。其次,在每個(gè)10μF電容和電源總線之間連接一根導(dǎo)線。為了測量共模輻射,電流探頭應(yīng)該被夾在這些傳輸很小線路電流的導(dǎo)線附近。


    共模扼流圈中的差模和共模磁通

    為了快速簡單地介紹共模扼流圈的功能,可以考慮以下討論:“共模扼流圈鐵芯兩側(cè)的磁場相互抵消,因此沒有磁通量使鐵芯飽和。”雖然本討論中對共模扼流圈功能的直觀描述是具體的,但本質(zhì)上并非如此。

    參考以下關(guān)于麥克斯韋方程的討論:

    1. 假設(shè)電流密度J產(chǎn)生磁場H,可以得出結(jié)論,附近的另一個(gè)電流不會抵消或阻止它產(chǎn)生的磁場或電場。

    2. 相同的相鄰電流會引起磁場路徑的變化。

    3. 在環(huán)形共模扼流圈的特殊情況下,可以假設(shè)各導(dǎo)線中的差模電流密度相等,方向相反。因此,產(chǎn)生的磁場在環(huán)形磁心外圍的總和需要為0,而在外面的總和不能為0!

    磁芯的作用就像它在線圈繞組的間隙被分成兩半時(shí)的效果。每個(gè)繞組在半個(gè)環(huán)形線圈中產(chǎn)生一個(gè)磁場,這意味著穿過空氣的磁場需要形成一個(gè)自封閉回路。

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