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本文主要分析電感及共模電感對(duì)EMC的影響以及一些常用的電路

 

1、概述:

 

電感也常用來(lái)控制EMI，只是相對(duì)于電阻和電容來(lái)說(shuō)，其應(yīng)用相對(duì)比較少?

 

隨著頻率的增加, 電感的感抗也線性增加? 電感的感抗計(jì)算公式如下：

 

XL =2πfL 

 

例如, 理想的10mH電感在10kHz時(shí)的感抗是628Ω, 在100MHz時(shí), 增加為6.2MΩ, 看起來(lái)像開(kāi)路? 

 

所以100MHz以上的信號(hào), 信號(hào)質(zhì)量可想而知。

 

就像電容一樣, 電感的繞線間的寄生電容限制了其應(yīng)用頻率, 使其應(yīng)用頻率不會(huì)無(wú)限高? 

 

電感的高頻等效電路如下所示：

由圖中我們可以看出，電感等效為一個(gè)并聯(lián)寄生電容、一個(gè)串聯(lián)電阻。

 

Cs：主要是由線圈匝數(shù)之間的寄生電容組成。

 

RS：主要是繞線電阻組成。

 

下圖為某品牌系列電感的頻率特性曲線：

從圖中可以看出，電感在諧振點(diǎn)的阻抗最高，低于諧振點(diǎn)，表現(xiàn)為感性，高于諧振點(diǎn)表現(xiàn)為容性，和電容相反。

 

所以我們?cè)诶秒姼械碾姼刑匦缘臅r(shí)候一定要在小于其諧振頻率的條件下使用，否則將會(huì)減弱其應(yīng)有的功能。

 

另外電感也有其電流特性，如下圖所示：

從圖上可以看出，電感值會(huì)隨著電流的增大而降低， 根據(jù)電感的這種特性，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)要留有足夠的裕量。

 

電感通常用于濾波? 振蕩、儲(chǔ)能?

 

共模電感 (Common Mode Choke) 也稱為共模扼流圈? 

 

為什么共模電感能防共模EMI? 要弄清楚這點(diǎn), 需要從共模電感的結(jié)構(gòu)開(kāi)始分析：

 

圖4.1 是共模電感的原理圖及磁場(chǎng)分布圖：

圖中La 和Lb 是共模電感兩個(gè)線圈?

 

這兩個(gè)線圈繞在同一鐵芯上, 匝數(shù)和相位都相同 (繞制反向)?

 

這樣, 當(dāng)電路中的正常電流流經(jīng)共模電感時(shí), 電流因在同相位繞制的電感線圈中產(chǎn)生反向的磁場(chǎng)而相互抵消?

 

此時(shí), 正常信號(hào)電流主要受線圈電阻 (和少量因漏感造成的阻尼) 的影響?

 

當(dāng)有共模電流流經(jīng)線圈時(shí), 由于共模電流的同向性, 會(huì)在線圈內(nèi)產(chǎn)生同向的磁場(chǎng)而增大線圈的感抗, 使線圈表現(xiàn)為高阻抗, 產(chǎn)生較強(qiáng)的阻尼效果, 以此衰減共模電流, 達(dá)到濾波的目的?

 

事實(shí)上, 將這個(gè)共模電感一端接干擾源, 另一端接被干擾設(shè)備, 并通常與電容一起使用, 構(gòu)成低通濾波器, 可以使線路上的共模EMI信號(hào)被控制在很低的電平上?

這就是電源濾波器常用的電路形式。

 

該電路既可以抑制外部的EMI信號(hào)傳入, 又可以衰減線路自身工作時(shí)產(chǎn)生的EMI信號(hào), 能有效地降低 EMI 的強(qiáng)度? 

 

對(duì)理想的電感模型而言, 當(dāng)線圈繞完后, 所有磁通都集中在線圈的中心? 

 

但在通常情況下, 環(huán)形線圈不會(huì)繞滿一周或繞制不緊密, 這樣會(huì)引起磁通的泄漏? 

 

共模電感有兩個(gè)繞組, 其間有相當(dāng)大的間隙, 這樣就會(huì)產(chǎn)生磁通泄漏, 并形成差模電感? 

 

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(shè)計(jì)中, 漏感是可以被利用的?

 

如在普通的濾波器中僅安裝一個(gè)共模電感, 則利用共模電感的漏感產(chǎn)生適量的差模電感, 可起到對(duì)差模電流的抑制作用?

 

 有時(shí), 還要人為增加共模扼流圈的漏電感, 以提高差模的電感量, 達(dá)到更好的濾波效果?

 

我們將根據(jù)電感及共模電感的這些特性來(lái)設(shè)計(jì)合適的電路。

 

下面我們主要舉一些電感及共模電感常用例子。

 

2、電路分享：

 

電感及共模電感在EMC范疇中通常會(huì)用作濾波? 諧振、儲(chǔ)能、去除共模干擾等。

 

電路一：濾波

 

如下所示為鎖相環(huán)時(shí)鐘電源的濾波電路：

 

電路二：振蕩

 

以下是一個(gè)E類功放，L4和其串并聯(lián)的電容形成LC振蕩電路。

 

案例三：儲(chǔ)能

 

如下圖所示的DCDC電路，L屬于儲(chǔ)能元件，間接起到穩(wěn)定電流的作用。

 

電路四：去除共模干擾

 

如下為某隔離電源推薦的濾波電路