共模电感和差模电感.doc

共模电感和差模电感电源滤波器的设计通常可从共模和差模两方面来考虑。共模滤波器最重要的部分就是共模扼流圈,与差模扼流圈相比,共模扼流圈的一个显著优点在于它的电感值极高,而且体积又小,设计共模扼流圈时要考虑的一个重要问题是它的漏感, 也就是差模电感。通常, 计算漏感的办法是假定它为共模电感的 1% ,实际上漏感为共模电感的 % ~ 4% 之间。在设计最优性能的扼流圈时,这个误差的影响可能是不容忽视的。漏感的重要性漏感是如何形成的呢?紧密绕制, 且绕满一周的环形线圈, 即使没有磁芯, 其所有磁通都集中在线圈“芯”内。但是, 如果环形线圈没有绕满一周, 或者绕制不紧密, 那么磁通就会从芯中泄漏出来。这种效应与线匝间的相对距离和螺旋管芯体的磁导率成正比。共模扼流圈有两个绕组, 这两个绕组被设计成使它们所流过的电流沿线圈芯传导时方向相反, 从而使磁场为 0。如果为了安全起见, 芯体上的线圈不是双线绕制, 这样两个绕组之间就有相当大的间隙, 自然就引起磁通“泄漏”,这即是说,磁场在所关心的各个点上并非真正为 0 。共模扼流圈的漏感是差模电感。事实上,与差模有关的磁通必须在某点上离开芯体,换句话说,磁通在芯体外部形成闭合回路,而不仅仅只局限在环形芯体内。如果芯体具有差模电感, 那么, 差模电流就会使芯体内的磁通发生偏离零点, 如果偏离太大, 芯体便会发生磁饱和现象, 使共模电感基本与无磁芯的电感一样。结果, 共模辐射的强度就如同电路中没有扼流圈一样。差模电流在共模环形线圈中引起的磁通偏离可由下式得出: 式中,是芯体中的磁通变化量, Ldm 是测得的差模电感,是差模峰值电流, n 为共模线圈的匝数。由于可以通过控制 B 总,使之小于 B 饱和,从而防止芯体发生磁饱和现象,有以下法则: 式中,是差模峰值电流, Bmax 是磁通量的最大偏离, n 是线圈的匝数, A 是环形线圈的横截面积。 Ldm 是线圈的差模电感。共模扼流圈的差模电感可以按如下方法测得: 将其一引腿两端短接, 然后测量另外两腿间的电感,其示值即为共模扼流圈的差模电感。共模扼流圈综述滤波器设计时,假定共模与差模这两部分是彼此独立的。然而,这两部分并非真正独立,因为共模扼流圈可以提供相当大的差模电感。这部分差模电感可由分立的差模电感来模拟。为了利用差模电感, 在滤波器的设计过程中, 共模与差模不应同时进行, 而应该按照一定的顺序来做。首先,应该测量共模噪声并将其滤除掉。采用差模抑制网络( Differential Mode WORK ),可以将差模成分消除,因此就可以直接测量共模噪声了。如果设计的共模滤波器要同时使差模噪声不超过允许范围, 那么就应测量共模与差模的混合噪声。因为已知共模成分在噪声容限以下, 因此超标的仅是差模成分, 可用共模滤波器的差模漏感来衰减。对于低功率电源系统, 共模扼流圈的差模电感足以解决差模辐射问题, 因为差模辐射的源阻抗较小,因此只有极少量的电感是有效的。尽管少量的差模电感非常有用,但太大的差模电感可以使扼流圈发生磁饱和。可根据公式(2 )作简单计算来避免磁饱和现象的发生。用 LISN 原理测量共模扼流圈饱和特性的方法测量共模线圈磁芯( 整体或部分) 的饱和特性通常是很困难的。通过简单的试验可以看出共模滤波器的衰减在多大程度上受由 60Hz 编置电流引起的电感减小量的影响。