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共模滤波电感原理与软磁材料的要求

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共模干扰的干扰频率不尽相同，其形成的干扰类型与传播机制也会产生相应的变化。因此，根据干扰的不同来选择不同的共模滤波电感软磁材料就显得非常有必要。本文将首先对共模滤波电感器的工作原理进行介绍，而后再对共模电感中软磁材料进行介绍。

举例来说，对于共模干扰在1-10MHz频段，其干扰衰减特性主要与线圈匝间电容等因素有关，在大于10MHz时，其它诸多因素，如漏感、总损耗等开始显现作用，而对于0.01-1MHz频段，电感器磁芯的电感量及其频率特性则起重要作用，下面着重介绍电感器磁芯的特性。

共模噪声及共模滤波电感器的工作原理

图1示出了共模电感器磁芯的工作原理，为了避免电源线间的低频（50Hz）差模大电流对磁芯的饱和，两组线圈反绕，使差模电流产生的磁场相互抵消（如左图），与此同时，磁芯对于高频共模噪音电流流向的磁场则不会抵消（如右图），要求有高的电感量和阻抗，因此共模电感器磁芯属于高频高磁导率磁芯。

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图1

共模电感器对磁芯软磁材料的要求：

1、在重点噪音频段内具有高的初始磁导率μi，可保证共模电感器有高的电感量或在同样电感量时有低的匝数和分布电容，以便达到高的插入损耗。

2、高饱和磁感BS，抵抗高幅值的干扰尖峰不饱和。

3、更宽的μi频率特性。

4、好的温度特性（-40-+120℃）。

5、实际应用中，要求能在非平衡电流（如漏电或三相负载不均衡等）引起的偏磁情况下，磁芯仍保持高磁导率不饱和。

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表1应用软磁材料

应用软磁材料

工业上，共模磁芯通常使用软磁铁氧体环，尽管近年又出现了μ20000-30000的铁氧体新材料，考虑到工作温度，频率特性等综合因素，其主流仍使用μ7000-10000的铁氧体环，但是，近年来铁基纳米晶磁环开始展现其竞争力，一方面，纳米晶磁环μ80000以上的磁导率，-50至130℃的连续工作温度范围和良好的0-1MHz的频率特性使其共模滤波的综合特性大大提高，另一方面，价格也在逐渐降低，到目前为止，在中、大型磁环领域，其性价比已高出高μ铁氧体环，尤其是在一些应用中，例如，在三相、大功率以及电流不平衡（漏电等）场合，具有线性磁导率（经特殊工艺处理）的纳米晶磁环就有明显的性能优势，其磁滞回线如图2各种材料磁芯的性能数据列于表1。

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图2

由表1可见，铁基纳米晶WUL型磁芯有以下特点：

1、高初始磁导率μi-利于小型化，减少匝数和分布电容，有更好的共模噪声衰减性能。

2、高Bs--高抗饱和特性，良好的抗高幅值浪涌和尖峰干扰性能。

3、高居里点Tc--连续工作温度可达140℃（铁氧体只有70-80℃）。

4、电感温度系数小-- -40℃至120℃范围内，电感变化率小于10%（铁氧体达30%）。

5、抗偏磁特性--可耐0.2 Oe的偏磁场。

6、WUL磁芯的频率特性如图3---在1MHz以下的频段内，其磁导率均大于μ7000的铁氧体。

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图3

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图4

通常，用插入损耗来表征电源滤波器的滤波效果，在共模电容和差模元件相同的条件下对7K铁氧体和纳米晶WUL磁芯的插入损耗进行了比较，如图4所示，图例表明，在相同工作条件下，选择了较小尺寸的WUL磁芯，在相同铜线匝数时，WUL磁芯的电感量高出6倍，插入损耗在全频段（0.01-100MHz）均高于铁氧体，特别是在低频和较高频段内高出很多。

本文偏向于基础，对于共模滤波电感的工作原理进行了介绍，并对共模电感中软磁材料的选择进行了指导。设计者在阅读过本文后可根据不同的情况对共模滤波电感中的软磁材料进行选择，方便设计。希望大家在阅读过本文之后能够有所收获。

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