工模電感

介紹:

共模電感(CommonmodeChoke),也叫共模扼流圈,常用於電腦的開關電源中過濾共模的電磁干擾信號。在板卡設計中,共模電感也是起EMI濾波的作用,用於抑制高速信號線產生的電磁波向外輻射發射。

工作原理:

為什麼共模電感能防EMI?要弄清楚這點,我們需要從共模電感的結構開始分析。
共模電感的濾波電路,La和Lb就是共模電感線圈。這兩個線圈繞在同一鐵芯上,匝數和相位都相同(繞制反向)。這樣,當電路中的正常電流流經共模電感時,電流在同相位繞制的電感線圈中產生反向的磁場而相互抵消,此時正常信號電流主要受線圈電阻的影響(和少量因漏感造成的阻尼);當有共模電流流經線圈時,由於共模電流的同向性,會線上圈內產生同向的磁場而增大線圈的感抗,使線圈表現為高阻抗,產生較強的阻尼效果,以此衰減共模電流,達到濾波的目的。
事實上,將這個濾波電路一端接干擾源,另一端接被干擾設備,則La和C1,Lb和C2就構成兩組低通濾波器,可以使線路上的共模EMI信號被控制在很低的電平上。該電路既可以抑制外部的EMI信號傳入,又可以衰減線路自身工作時產生的EMI信號,能有效地降低EMI干擾強度。
國內生產的一種小型共模電感,採用高頻之雜訊抑制對策,共模扼流線圈結構,訊號不衰減,體積小、使用方便,具有平衡度佳、使用方便、高品質等優點。廣泛使用在雙平衡調音裝置、多頻變壓器、阻抗變壓器、平衡及不平衡轉換變壓器...等。
還有一種共模濾波器電感/EMI濾波器電感採用鐵氧體磁心,雙線並繞,雜訊抑制對策佳,高共模噪音抑制和低差模噪聲信號抑制,低差模噪聲信號抑制干擾源,在高速信號中難以變形,體積小、具有平衡度佳、使用方便、高品質等優點。廣泛使用在抑制電子設備EMI噪音、個人電腦及外圍設備的USB線路、DVC、STB的IEEE1394線路、液晶顯示面板、低壓微分信號...等。
漏感差模
對理想的電感模型而言,當線圈繞完後,所有磁通都集中線上圈的中心內。但通常情況下環形線圈不會繞滿一周,或繞制不緊密,這樣會引起磁通的泄漏。共模電感有兩個繞組,其間有相當大的間隙,這樣就會產生磁通泄漏,並形成差模電感。因此,共模電感一般也具有一定的差模干擾衰減能力。
在濾波器的設計中,我們也可以利用漏感。如在普通的濾波器中,僅安裝一個共模電感,利用共模電感的漏感產生適量的差模電感,起到對差模電流的抑制作用。有時,還要人為增加共模扼流圈的漏電感,提高差模電感量,以達到更好的濾波效果。

材料優劣:

磁環類型的鐵芯優點:
高初始導磁率(這個是共模電感的基本要求)、高飽和磁感應強度、溫度較之鐵氧體穩定(可以理解為溫升小),頻率特性比較靈活,因為導磁率高,很小就可以做出很大的感量,適應頻率比較寬;
整體優勢:
因為初始導磁率是鐵氧體的5-20倍,對傳導干擾的抑制作用遠大於鐵氧體;
納米晶的高飽和磁感應強度比鐵氧體的好,所以在大電流下不易飽和;
溫升較之UF系列的要低,我實際測試:室溫下要低將近10度(個人測試值僅作參考);
結構上的靈活令其適應性好,從加工工藝上進行改變,即可適應不同需求(見過節能燈上用的磁環電感,使用相當靈活);
分布電容會更小,因為繞線的面積更寬,體積也相對較小;
環行所用匝數少一點,分布參數小一點,效率占優(針對具體進行分析,我猜是因為線徑的緣故,望補充);
整體劣勢:
磁環孔徑小,機器難以穿線,需要人工去繞,費時費力,加工成本高,效率低。而在成本壓力日益增加的同時,這一點已尤為重要了。
耐壓方面較之UF優勢不大:我自己想的,因為看到很多磁環共模中間使用扎線帶隔開的,這樣不是很可靠,有的中間拉開一定距離,線用點膠固定,時間長了,可靠性怎么樣呢?如果電感量要求比較大,線會擠在一起,安全性上有一點疑惑。
安裝不便,故障率較高---來自發燒友的分享:“一般性能是一樣的,同樣線徑磁環要比UF10.5做的感量要高,容易實現。測試傳導時相同感量有遇到UF10.5比較好,相差5個DB左右!磁環要是像年紀圖片是比較便宜,但不好外掛程式,故障比較大。要是加了底座也不便宜,比UF10.5貴”
套用:
因為成本的因素,磁環大多用在大功率的電源上,發燒友形容:“小功率的用磁環太高檔了”,是有道理的。
當然因為體積小,對體積有要求的小功率電源,採用磁環的也是很OK的選擇。
綜合性能比起來,優於UF系的。如果成本壓力不大的項目,可以考慮用磁環的。我實際測試傳到,用磁環的餘量要低更多。而且感量還比UF的小。
再說說UF/UU系列的共模
材料:基本上為鐵氧體,當然這鐵氧體也有區別的,一般有MXO-錳鋅類和NXO-鎳鋅類。鎳鋅類的主要優點是:初始磁導率低(小於1000u),但是可以工作在比較高的頻率(大於100MHZ)下,保持磁導率不變。很強很偉大。
NXO比MXO電阻率高。利用鐵氧體對高頻雜波的類似阻尼的作用將高頻雜波以熱能的方式釋放出來,這就解釋了共模電感的溫度問題。
整體優勢:
最重要的一點:成本低(我用的這個是0.9元人民幣),可以用機器繞、高效,常用UU9.8或UU10.5;
有骨架,繞制工藝應該會更好控制,可以做更高的電感量;
耐壓及可靠性要好?針對磁環共模的;
好外掛程式,好安裝。四個腳嘛,孔位對了就沒一點問題;基本用在小電流的電源上,因為線徑不可以用很粗的,故電流不能太大;
整體劣勢:

空間因素:封裝位置大,maybe是因為比較強壯,不像磁環那么小巧玲瓏;
發熱比較嚴重,也是根據我實測的:90V輸入滿載室溫下,可以到快90度;
套用:
一般用在成本控制比較嚴格的、抑或小功率的場合;

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