详解共模和差模电感电路

周四, 17 十二月 2020 - 11:44

重要提示

所谓共模信号就是两个大小相等、方向相同的信号。

所谓差模信号就是两个大小相等、方向相反的信号。

图3-10所示是共模和差模电感器电路，这也是开关电源交流市电输入回路中的EMI滤波器，电路中的L1、L2是差模电感器，L3和L4为共模电感器，C1为X电容，C2和C3为Y电容。该电路输入220V交流市电，输出电压加到整流电路中。

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图3-10 共模和差模电感器电路

共模电感器电路 
开关电源产生的共模噪声频率范围为 10kHz ～50MHz 甚至更高，为了有效衰减这些噪声，要求在这个频率范围内共模电感器能够提供足够高的感抗。

讲解共模电感器工作原理前应该了解共模电感器结构，这有助于理解共模电感器抑制共模高频噪声。图3-11所示是共模电感器实物图和结构示意图。

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图3-11 共模电感器实物图和结构示意图

重要提示

共模电感器的两组线圈绕在磁环上，绕相同的匝数，同一个方向绕制，只是一组线圈绕在左侧，另一组线圈绕在右侧。共模线圈采用高磁导率的锰锌铁氧体或非晶材料，以提高共模线圈性能

(1)正常的交流电流流过共模电感器分析。如图3-12所示，220V交流电是差模电流，它流过共模电感器L3和L4的方向如图中所示，两电感器中电流产生的磁场方向相反而抵消。这时正常信号电流主要受电感器电阻的影响(这一影响很小)，以及少量因漏感造成的阻尼(电感)，加上220V交流电的频率只有50Hz，共模电感器电感量不大，所以共模电感器对于正常的220V交流电感抗很小，不影响220V交流电对整机的供电。

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图3-12 交流电差模电流流过共模电感器示意图

(2)共模电流流过共模电感器分析。当共模电流流过共模电感器时，电流方向如图3-13所示。由于共模电流在共模电感器中为同方向，电感器L3和L4内产生同方向的磁场，这时增大了电感器L3、L4的电感量，也就是增大了L3、L4对共模电流的感抗，使共模电流受到了更大的抑制，达到衰减共模电流的目的，起到了抑制共模干扰噪声的作用。

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图3-13 共模电流流过共模电感器示意图

加上两只Y电容C2和C3对共模干扰噪声的滤波作用，共模干扰得到了明显的抑制。

图3-14所示是差模电感器实物图和结构示意图，显然它与共模电感器不同。

<img alt="差模电感器实物图和结构示意图，显然它与共模电感器不同" data-entity-type="file" data-entity-uuid="9aeb1e00-647a-47c5-9dc0-5a866ad37671" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE3-14%20%E5%B7%AE%E6%A8%A1%E7%94%B5%E6%84%9F%E5%99%A8%E5%AE%9E%E7%89%A9%E5%9B%BE%E5%92%8C%E7%BB%93%E6%9E%84%E7%A4%BA%E6%84%8F%E5%9B%BE.jpg" /> 
图3-14 差模电感器实物图和结构示意图

差模电感器磁芯材料有3种。铁硅铝磁粉芯的单位体积成本最低，因此最适合制作民用差模电感器。铁镍50和铁镍钼磁粉芯的价格远远高于铁硅铝磁粉芯，更适合军用和一些对体积和性能要求高的场合。

图3-15所示是差模电感器电路，差模电感器L1、L2与X电容串联构成回路，因为L1、L2对差模高频干扰的感抗大，而X电容C1对高频干扰的容抗小，这样将差模干扰噪声滤除，而不能加到后面的电路中，达到抑制差模高频干扰噪声的目的。

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图3-15 差模电感器电路

图3-16所示是开关电源电路板中差模电感器和共模电感器位置图，利用这两种电感器外形特征的不同可以方便地区分它们。另外，一些开关电源中利用共模电感器漏感来代替差模电感器，这时在开关电源电路板上就见不到差模电感器。

<img alt="开关电源电路板中差模电感器和共模电感器位置图" data-entity-type="file" data-entity-uuid="a7b80ace-dcc7-46dc-bb89-74fc39c49930" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE3-16%20%E5%BC%80%E5%85%B3%E7%94%B5%E6%BA%90%E7%94%B5%E8%B7%AF%E6%9D%BF%E4%B8%AD%E5%B7%AE%E6%A8%A1%E7%94%B5%E6%84%9F%E5%99%A8%E5%92%8C%E5%85%B1%E6%A8%A1%E7%94%B5%E6%84%9F%E5%99%A8%E4%BD%8D%E7%BD%AE%E5%9B%BE.jpg" /> 
图3-16 开关电源电路板中差模电感器和共模电感器位置图

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