解析 EMC 整改:共模电感使用原理全攻略

出处:网络整理 发布于:2025-07-04 16:56:42

电子线路中,共模噪声是一个常见的问题,它会对设备的正常运行产生干扰。除了从源头减少共模噪声外,使用共模电感来滤除共模噪声是一种常用且有效的方法。具体做法是在线路中串联共模扼流器件,其目的是增大共模回路的阻抗。当共模电流通过时,会被扼流器消耗和阻挡(反射),从而抑制线路中的共模噪声,保障线路的正常运行。

二、共模扼流器或电感的原理


共模电感通常是在某种磁性材料的磁环上绕上同向的一对线圈。当交变电流通过时,根据电磁感应原理,会在线圈中产生磁通量。


对于差模信号,其产生的磁通量大小相同、方向相反,两者相互抵消。这就使得磁环产生的差模阻抗非常小,差模信号能够相对顺利地通过共模电感,对其影响较小。


而对于共模信号,产生的磁通量大小和方向均相同,两者相互叠加,从而使磁环产生了较大的共模阻抗。这一特性使得共模电感对共模噪声具有很好的滤波性能。


从楞次定律(Lenz's law)的角度通俗理解,在共模电感的这种连接方式下,两条线互感形成的磁通是同一方向。交变电流形成的磁场与磁铁的固有磁场形成对抗,相互抑制,进而实现滤波功能。


当共模电流通过共模线圈时,磁力线方向相同,感应磁场加强。例如,实线箭头表示电流方向,虚线表示磁场方向。对于共模线圈或者共模电感,在不考虑漏感的情况下,磁通量叠加,其原理是互感。就像红色线圈产生的磁力线穿过蓝色线圈,同时蓝色线圈产生的磁力线也穿过红色线圈,彼此相互感应。


从电感的角度来看,当磁通量变为原来的 2 倍时,匝数和电流都没有发生变化,此时电感量增加为原来的 2 倍,意味着等效磁导率变为原来的 2 倍。从电感公式 L=lN2μS(其中 N 为匝数,μ 为磁导率,S 为磁芯截面积,l 为磁路长度)可以看出,由于匝数 N 不改变、磁路和磁芯截面积由磁芯的物理尺寸决定也没有改变,变化的就是磁导率 μ 增加了一倍,因而可以产生更多的磁通量。


所以,共模电感在共模电流通过时,工作在互感模式下。在互感的作用下,等效电感量被成倍增加,共模感抗也会成倍增加。根据感抗公式 ZL=ωL=2πfL(其中 ZL 是感抗,单位为欧姆;ω 是交流发电机运转的角速度,单位为弧度 / 秒;f 是频率,单位为赫兹;L 是线圈电感,单位为亨利),可以知道共模电感对共模信号有良好的滤波作用,能够将共模信号用大阻抗阻挡,不让其通过共模电感,即不让此信号传输到电路的下。

关键词:共模电感

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