共模扼流圈

共模扼流圈简介

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：

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。

2、插入损耗特性：

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）。

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。

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b是插入如图3（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滤波器的效果更佳。

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：额定电压、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、外形尺寸、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始终保持不变，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V2<

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，通常是由生产厂家进行实际测量，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，提供给用户。图5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=C3+C4=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。在电子医疗设备中对漏电流的要求更为严格。

需要指出，额定电流还与环境温度TA有关。例如国外有的生产厂家给出下述经验公式：

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，选择不同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可以增加低频的阻抗，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