共模电感设计方案

近年来，由于政府机构或其他团宥訣MC（电磁兼容）日益重视，工程师们在设计产品时亦是非常注意产品的辐射问题。特别值得一提的是：直流变换器很高的开关频率及尖峰脉冲斜波就是一典型的EMI（电磁干扰）。 共模电感就是一个重要的抗电磁干扰零件，它可以在一宽频条件下提供非常高的阻抗。大多数EMI滤波器主要部件就是一共模电感。在此文中，主要介绍共模电感的设计及磁芯选材问题。 2.基本的共模 开关电源有两种噪声：一为共模，另一为差模。与输入信号的路径相同的噪声称之为差模噪声，而每相相同的从接地到输出的尖峰信号称之为共模噪声。（详见图1A和1B）共模电感设计方案，零欧电阻、磁珠、电感有何区别一典型抗电磁干扰滤波器包含共模电感，差模电感及X，Y电容。Y电容和共模电感使共模噪声衰减。在高频噪声时，电感呈现高阻抗特性，并且反射和吸收噪声。然而电容呈低阻抗（至接地）且改变主线的噪声方向。（见图2）共模电感设计方案，零欧电阻、磁珠、电感有何区别共模电感两绕组圈数是相同的，产生两大小相等方向相反的磁通量。此两磁通相互抵消。因此使磁芯处于无偏磁状态。差模电感只有一个绕组，需要磁芯提供一完全无饱和线性电流。此与共模电感有较大的不同。为防止磁饱和，差模电感必须使用一低的有效磁导率的磁芯（有气隙的铁氧体或铁粉磁芯）。然而，共模电感可以使用一较高的磁导率磁芯且在磁芯相对小的条件下可得到一比较高的电感。 共模电感设计方案，零欧电阻、磁珠、电感有何区别3.磁芯选材首先，噪声是由开关电源的单位基频所产生的，再加上高频谐波。也就是表示噪声在10KHz到50MHz范围内都会存在。为此，电感必须有更宽的频率范围内存在高阻抗特性。共模电感的总阻抗由两部分组成：串联感抗（Xs）和串联电阻（Rs）。在低频时，阻抗呈感抗特性。但随着频率的增加，有效磁导率下降，感抗亦在下降。（见图3）由串联感抗（Xs）和串联电阻（Rs）的相互作用，在整个频宽内产生一可接受的阻抗（Zs）。 对于大多数产品来讲，共模电感的磁芯都选用铁氧体（镍锌系和锰锌系）。镍锌系磁芯的特点是具有较低的初磁导率，但在非常高的频率（大于100MHz）时，仍能保持初磁导率。而锰锌系则恰恰相反，其具有很高的初磁导率，但在频率很低（20KHz）时，磁导率可能会衰减。由于镍锌系磁芯有很低的初磁导率，所以在低频时，不可产生高阻抗特性。然而锰锌系磁芯在低频时，能提供非常高的阻抗特性，且非常适用于10KHz到50MHz的抗电磁干扰。基于此，本文只集中讨论锰锌系磁芯。

电感和磁珠的区别：

磁珠已经在前面的博文里作了较详细的说明，相信大家对磁珠应该有一些了解，这里就先从电感谈起。 电感是由包括电阻、电容在内的三个 常用的无源元件之一。功能上主要作为电源转换电路中的储能元件、射频电路中感性负载和噪声滤波器元件应用。 电感器从生产工艺上分类主要有绕线式、薄膜和叠层电感；从结构上分为屏蔽和非屏蔽电感；从安装方式主要分为表面贴SMT和穿孔两类；从应用上主要有低频信号、功率和射频电感等；从材料上主要有磁性和非磁性材料，其中磁性材料有铁氧体，铁基磁粉芯等，非磁性材料主要有非磁性陶瓷等，其中铁氧体和铁基磁粉芯电感主要应用于低中高频，非磁性陶瓷电感主要用于射频应用。 电感的温升电流Irms是指当电感工作时，电感的温度上升较周围环境温度上升一定温度时的电感工作电流。因为温升是与电感消耗能量有关，而能量又与电流的有效值相关，故温升电流通常被标示为Irms.通常大多数厂家定义温度上升40C时为电感的温升电流值。也有些厂家会分别给出温度上升20C和40C的电流值，甚至会给出如下的温升电流曲线。 电感的技术指标主要包括电感量L，直流电阻DCR，饱和电流Isat和温升电流Irms，自谐振频率SRF和品质因数Q等。 这里需要说明的是饱和电流的定义。当电感上流过的电流逐渐增大时，磁芯会逐渐进入饱和状态，电感值会逐渐下降。当磁芯完全饱和时，电感值会下降到相当于空心绕线的很小的感值。饱和电流通常的定义为当电感下降20%时的电流值。如下图所示的电感，饱和电流Isat值为3.6A左右。有些厂家会把饱和电流定义为电感下降10%或30%。在选择不同厂家电感进行比较时需要注意这一点。 从上面的温升电流曲线我们可以看出，此电感温升20C时温升电流为1.8A左右，温升40C时电流为2.9A. 需要注意的是，温升电流的大小和曲线与实际测量的条件密切相关，国际上也并没有一个统一的测试方法和标准。通常测量电感的温升电流要将电感焊接到测试的PCB板上进行测量，因此PCB板上的线条宽度，PCB铜箔的厚度以及测试时间等都会影响到温升电流的测试结果。另外，电感在系统中的使用条件，也会对电感性能特别是温升特性产生很大的影响。比如，如果电感在系统中靠近发热量很大的器件如CPU或者散热器，则电感的温升电流会相应减小。如果是电感靠近系统的通风孔，温升电流会相应加大。 因此温升电流只是给系统设计者提供一个参考，具体在使用中 能对电感做一个实际温度和温升测试。 电感的饱和电流和温升电流是从两个不同的技术侧面给设计者提供有关电感的更多的技术资讯，设计应者对这两个指标有深入的了解，这对提高系统设计的性能和可靠性会有很大帮助。