共模电感 | 磁芯选型「终于解决」

一、背景

关电源会产生以下两类噪声：共模和差模。差模噪声（图a）的传播途径和输入电流相同。共模噪声（图b）表现为彼此相等且同相的噪声，其传播途径经绕组与地线相连。本文主要讲解抑制共模的共模电感的磁芯选择。

二、共模电感的抑制原理

电感器对高频噪声显示高阻抗，并反射或吸收噪声，为了实现以上功能，共模电感器必须在开关频率范围内提供合适的阻抗。共模电感器由两组匝数相同的绕组反向绕制而成。当共模电流流过这两个绕组会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗，使线圈表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果，以此衰减共模电流，达到滤波的目的。

三、磁芯选择

根据共模电感器工作原理，要使用高磁导率材料，并可用较小的磁芯获得非常大的电感。

1.    材质的选定

选择材料开关电源产生的噪声主要位于装置基频处，并包括高次谐波。也就是说，噪声频谱一般包括10kHz到50MHz之间的部分。为了提供合适的衰减，电感器的阻抗在此频带内必须足够高。共模电感器的总阻抗由两部分构成，一部分是串联感抗（Xs），另一部分是串联电阻（Rs）。在低频时，电抗是阻抗的主要部分，但随着频率升高，磁导率的实部减小，磁芯损耗增大，如图所示。这两个因素综合起来有助于在整个频谱上实现可接受的阻抗（Zs）。

多数情况下，共模电感器使用铁氧体。铁氧体可分为两类：镍锌类和锰锌类。

镍锌材料的特点是初始磁导率低（<1000µ），但是它们可在非常高的频率（>100MHz）下保持磁导率不变。

锰锌材料的磁导率可超过15,000，但是在频率为20kHz时磁导率就可能开始下降。由于初始磁导率低，镍锌材料在低频时不能产生高阻抗。噪声主要部分的频率大于10或20MHz时，它们是最常用的材料。但是锰锌材料在低频时磁导率非常大，所以非常适用于抑制10kHz到50MHz范围内的电磁干扰。因此，下文

着重讨论高磁导率锰锌铁氧体。

2.    形状的选择

高磁导率铁氧体可以采用多种形状：环形磁芯、E型磁芯、罐型磁芯、RM和EP磁芯等等，但共模滤波器大多绕制在环形磁芯上。

使用环形磁芯有两大原因。

第一，环形磁芯比其他形状的磁芯便宜，因为环形磁芯是一整个零件，而其他形状磁芯是由两半构成。磁芯由两半构成时，必须研磨这两半的结合面，使它们平整光滑，从而使两半之间的气隙最小。另外，高磁导率磁芯一般需要额外的研磨程序，使它们更为光滑（产生镜面般的表面）。环形磁芯不需要上述额外加工过程。

第二，环形磁芯的有效磁导率比其他任何形状的磁芯都高。如果采用其他形状的磁芯，就要采用两半式结构，这样会在两半结构之间出现气隙，从而减小整个部件的有效磁导率（一般大约减小30％）。研磨可以减小气隙，但无法消除气隙。由于环形磁芯是整体结构，不是由两半构成的，所以没有气隙，有效磁导率也不会减小。

但是环形磁芯也有一大缺点，那就是绕制成本很高。其他磁芯绕制可以使用骨架绕制既快速又经济。环形磁芯需要专用绕线机，或者必须人工绕制，这使单件绕制成本较高。不过还好，绕制成本不会过高。因此，共模电感器最好采用环形磁芯。

未完待续