软磁材料基础知识连载( 三)

共模电感工作原理与设计要点：

1、共模点感工作原理：

在开关电源接到交流电网的输入端，为减少对电网的干扰，通常都接有共模滤波器。使得电源满足电磁兼容要求。

开关电源的共模滤波器（如图），对相线L（进入）和中线N（返回）电流在线圈中产生的磁场（差模）大小相等，而方向相反，合成磁场近似为零。而对干扰源双线或电网（L和N）对大地同相噪声（共模噪声）呈现很大的阻抗。

开关电源应满足EN55022 B，VDE 0871B等电磁兼容标准限额，频率从150kHz～30MHz。滤波器频带很宽，要求共模滤波器应当具有1. 很高的磁导率和宽的频率特性，2. 很低的高频损耗，3. 较小的杂散磁场和寄生电容，4. 高的性能稳定性。

开关电源产生的噪声频谱通常10kHz～50MHz。为了达到足够的衰减量，电感阻抗必须在这些频率范围足够高。共模电感总阻抗Zs由两部分组成：串联感抗Xs和串联电阻Rs。在低频时，电阻是阻抗的组要部分，而随着频率的增加，磁导率的实数磁导率开始下降，而磁芯中损耗上升，总阻抗略有上升；上升到更高频率，分布电容器主要作用，总阻抗开始下降。故而共模电感的设计主要根据实际电路的测试情况，来决定噪声抑制的频段。

2、共模电感设计要点：

R－环内径 r－内径减导线直径 周长＝2πr

共模电感设计的主要参数是输入电流，阻抗，和频率。输入电流有效值决定了电感线圈导体尺寸。电流密度可以取j=400A/cm2，与电感采用的绝缘和磁芯材料有关。通常选用单股导线，因为成本低，同时通过高频电流的集肤效应增加交流电阻也对噪声衰减。

电网的内阻抗也提供噪声衰减，但电网阻抗很难确定，设计者可根据测试传导干扰带有阻抗平衡网络（LISN）的50Ω作为负载，这可能和实际相差很大。

设计从已知电感量（Ls＝Xs/2πf）开始，磁芯选择有很大的随意性。只要绕下满足电感量的匝数。

共模电感有两个相等匝数的线圈，通常是单层。为了达到线到线之间的安全要求，两线圈分布在磁环上相对边，通常只有1层，如果两层，降低了高频性能。每个线圈各占环内圆周的150°~170°。

因为导线尺寸总是由电网电流决定，内圆周可以根据内径减去导线直径计算。可以用每个线圈占有内圆周长度除以带有绝缘的导线直径计算最大匝数。注意，为了两个线圈间绝缘，每个线圈占据内圆周150°~170°。这样可根据环内圆直径减去导线带漆皮直径在150°~170°能绕的最大匝数。

算出最大匝数以后，就到手册中选择材质。根据环形磁芯材质的电感系数（AL）很容易计算需要的匝数：

其中N－匝数；L－电感量;AL －电感系数。