一文搞清楚共模和差模電感電路



所謂共模信號就是兩個大小相等、方向相同的信號。

所謂差模信號就是兩個大小相等、方向相反的信號。

圖7-24所示是共模和差模電感電路,這也是開關電源交流市電輸入回路中的EMI濾波器,電路中的L1、L2是差模電感器,L3和L4為共模電感器,C1為X電容,C2和C3為Y電容。該電路輸入220V交流市電,輸出電壓加到整流電路中。

圖7-24 共模和差模電感電路


1.共模電感電路
開關電源產生的共模雜訊頻率範圍為 10kHz~50MHz 甚至更高,為了有效衰減這些雜訊,要求在這個頻率範圍內共模電感器能夠提供足夠高的感抗。

講解共模電感器工作原理前應該瞭解共模電感器結構,這有助於理解共模電感器抑制共模高頻雜訊。圖7-25所示是共模電感器實物圖和結構示意圖。


圖7-25 共模電感器實物圖和結構示意圖

共模電感器的兩組線圈繞在磁環上,繞相同的匝數,同一個方向繞制,只是一組線圈繞在左側,另一組線圈繞在右側。共模線圈採用高磁導率的錳鋅鐵氧體或非晶材料,以提高共模線圈性能。

(1)正常的交流電流流過共模電感器分析。如圖7-26所示,220V交流電是差模電流,它流過共模線圈L3和L4的方向如圖中所示,兩線圈中電流產生的磁場方向相反而抵消。這時正常信號電流主要受線圈電阻的影響(這一影響很小),以及少量因漏感造成的阻尼(電感),加上220V交流電的頻率只有50Hz,共模電感器電感量不大,所以共模電感器對於正常的220V交流電感抗很小,不影響220V交流電對整機的供電。


圖7-26 交流電差模電流流過共模電感器示意圖

(2)共模電流流過共模電感器分析。當共模電流流過共模電感器時,電流方向如圖7-27所示。由於共模電流在共模電感器中為同方向,電感L3和L4內產生同方向的磁場,這時增大了電感L3、L4的電感量,也就是增大了L3、L4對共模電流的感抗,使共模電流受到了更大的抑制,達到衰減共模電流的目的,起到了抑制共模干擾雜訊的作用。


圖7-27 共模電流流過共模電感器示意圖

加上兩隻Y電容C2和C3對共模干擾雜訊的濾波作用,共模干擾得到了明顯的抑制。

2.差模電感電路
圖7-28所示是差模電感器實物圖和結 構示意圖,顯然它與共模電感器不同。

圖7-28 差模電感器實物圖和結構示意圖

差模電感器磁芯材料有3種。鐵矽鋁磁粉芯的單位體積成本最低,因此最適合製作民用差模電感器。鐵鎳50和鐵鎳鉬磁粉芯的價格遠遠高於鐵矽鋁磁粉芯,更適合軍用和一些對體積和性能要求高的場合。

圖7-29所示是差模電感電路,差模電感器L1、L2與X電容串聯構成回路,因為L1、L2對差模高頻干擾的感抗大,而X電容C1對高頻干擾的容抗小,這樣將差模干擾雜訊濾除,而不能加到後面的電路中,達到抑制差模高頻干擾雜訊的目的。


圖7-29 差模電感電路

圖7-30所示是開關電源電路板中差模電感器和共模電感器位置圖,利用這兩種電感器外形特徵的不同可以方便地區分它們。另外,一些開關電源中利用共模電感器漏感來代替差模電感器,這時在開關電源電路板上就見不到差模電感器。


圖7-30 開關電源電路板中差模電感器和共模電感器位置圖





 
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