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共摸電感
閱讀�3259�(shí)間:2016-12-06 10:35:26

名片

  共模電感(Common mode Choke),也叫共模扼流圈,常用于電腦的開�(guān)電源中過濾共模的電磁干擾信號(hào)。在板卡�(shè)�(jì)中,共模電感也是起EMI濾波的作�,用于抑制高速信�(hào)線產(chǎn)生的電磁波向外輻射發(fā)��

理論知識(shí)

  小知�(shí):EMI(Electro Magnetic Interference,電磁干�)
  �(jì)算機(jī)�(nèi)部的主板上混合了各種高頻電路、數(shù)字電路和模擬電路,它們工作時(shí)�(huì)�(chǎn)生大量高頻電磁波互相干擾,這就是EMI。EMI還會(huì)通過主板布線或外接線纜向外發(fā)�,造成電磁輻射污染,不但影響其他的電子�(shè)備正常工�,還�(duì)人體有害�
  PC板卡上的芯片在工作過程中既是一�(gè)電磁干擾�(duì)�,也是一�(gè)電磁干擾�??偟�?lái)說,我們可以把這些電磁干擾分成兩類:串模干�(差模干擾)與共模干�(接地干擾)。以主板上的兩條PCB走線(連接主板各元件的�(dǎo)�)為例,所謂串模干�,指的是兩條走線之間的干擾;而共模干擾則是兩條走線和PCB地線之間的電位差引起的干�。串模干擾電流作用于兩條信號(hào)線間,其傳導(dǎo)方向與波形和信號(hào)電流一�;共模干擾電流作用在信號(hào)線路和地線之間,干擾電流在兩條信�(hào)線上各流過二分之一且同�,并以地線為公共回路�
  如果板卡�(chǎn)生的共模電流不經(jīng)過衰減過�(尤其是像USB和IEEE 1394接口這種高速接口走線上的共模電�),那么共模干擾電流就很容易通過接口�(shù)�(jù)線產(chǎn)生電磁輻射——在線纜中因共模電流而產(chǎn)生的共模輻射。美�(guó)FCC、國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員�(huì)的CISPR22以及我國(guó)的GB9254等標(biāo)�(zhǔn)�(guī)范等都對(duì)信息技�(shù)�(shè)備通信端口的共模傳�(dǎo)干擾和輻射發(fā)射有相關(guān)的限制要�。為了消除信�(hào)線上輸入的干擾信�(hào)及感�(yīng)的各種干�,我們必須合理安排濾波電路來(lái)過濾共模和串模的干擾,共模電感就是濾波電路中的一�(gè)組成部分�
  共模電感�(shí)�(zhì)上是一�(gè)雙向?yàn)V波器:一方面要濾除信�(hào)線上共模電磁干擾,另一方面又要抑制本身不向外發(fā)出電磁干�,避免影響同一電磁�(huán)境下其他電子�(shè)備的正常工作�

工作原理

  為什么共模電感能防EMI?要弄清楚這點(diǎn),我們需要從共模電感的結(jié)�(gòu)開始分析�
  共模電感的濾波電�,La和Lb就是共模電感線圈。這兩�(gè)線圈繞在同一鐵芯�,匝�(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�(shí),電流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�,此�(shí)正常信號(hào)電流主要受線圈電阻的影響(和少量因漏感造成的阻�);當(dāng)有共模電流流�(jīng)線圈�(shí),由于共模電流的同向�,會(huì)在線圈內(nèi)�(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�(qiáng)的阻尼效�,以此衰減共模電流,�(dá)到濾波的目的�
  事實(shí)�,將這�(gè)濾波電路一端接干擾�,另一端接被干擾設(shè)備,則La和C1,Lb和C2就構(gòu)成兩組低通濾波器,可以使線路上的共模EMI信號(hào)被控制在很低的電平上。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�(shí)�(chǎn)生的EMI信號(hào),能有效地降低EMI干擾�(qiáng)��
  �(guó)�(nèi)生產(chǎn)的一種小型共模電�,采用高頻之雜訊抑制�(duì)�,共模扼流線圈結(jié)�(gòu),訊�(hào)不衰減,體積�、使用方便,具有平衡度佳、使用方�、高品質(zhì)等優(yōu)�(diǎn)。廣泛使用在雙平衡調(diào)音裝置、多頻變壓器、阻抗變壓器、平衡及不平衡轉(zhuǎn)換變壓器...等�
  還有一種共模濾波器電感/EMI濾波器電感采用鐵氧體磁心,雙線并�,雜訊抑制對(duì)策佳,高共模噪音抑制和低差模噪聲信號(hào)抑制,低差模噪聲信號(hào)抑制干擾源,在高速信�(hào)中難以變�,體積小、具有平衡度�、使用方便、高品質(zhì)等優(yōu)�(diǎn)。廣泛使用在抑制電子�(shè)備EMI噪音、�(gè)人電腦及外圍�(shè)備的 USB線路、DVC、STB的IEEE1394線路、液晶顯示面板、低壓微分信�(hào)...�

材料�(yōu)�

  磁環(huán)類型的鐵芯優(yōu)�(diǎn)�
  高初始導(dǎo)磁率(這�(gè)是共模電感的基本要求)、高飽和磁感�(yīng)�(qiáng)度、溫度較之鐵氧體�(wěn)�(可以理解為溫升小),頻率特性比較靈�,因?yàn)�?dǎo)磁率�,很小就可以做出很大的感量,適應(yīng)頻率比較�;
  整體�(yōu)�(shì)�
  �?yàn)槌跏�?dǎo)磁率是鐵氧體�5-20�,對(duì)傳導(dǎo)干擾的抑制作用遠(yuǎn)大于鐵氧�;
  納米晶的高飽和磁感應(yīng)�(qiáng)度比鐵氧體的好,所以在大電流下不易飽和;
  溫升較之UF系列的要低,我實(shí)際測(cè)試:室溫下要低將�10�(�(gè)人測(cè)試值僅作參�);
  �(jié)�(gòu)上的靈活令其適應(yīng)性好,從加工工藝上�(jìn)行改變,即可適應(yīng)不同需�(見過節(jié)能燈上用的磁�(huán)電感,使用相�(dāng)靈活);
  分布電容�(huì)更小,因?yàn)槔@線的面積更寬,體積也相對(duì)較小;
  �(huán)行所用匝�(shù)少一�(diǎn),分布參�(shù)小一�(diǎn),效率占�(yōu)(針對(duì)具體�(jìn)行分�,我猜是�?yàn)榫€徑的緣故,望�(bǔ)�);
  整體劣勢(shì)�
  磁環(huán)孔徑�,機(jī)器難以穿線,需要人工去�,費(fèi)�(shí)�(fèi)力,加工成本�,效率低。而在成本壓力日益增加的同�(shí),這一�(diǎn)已尤為重要了�
  耐壓方面較之UF�(yōu)�(shì)不大:我自己想的,因?yàn)榭吹胶芏啻怒h(huán)共模中間使用扎線帶隔開的,這樣不是很可�,有的中間拉開一定距�,線用點(diǎn)膠固定,�(shí)間長(zhǎng)�,可靠性怎么樣呢?如果電感量要求比較大,線�(huì)擠在一�,安全性上有一�(diǎn)疑惑�
  安裝不便,故障率較高---�(lái)自發(fā)燒友的分享:“一般性能是一樣的,同樣線徑磁�(huán)要比 UF10.5做的感量要高,容易實(shí)�(xiàn)。測(cè)試傳�(dǎo)�(shí)相同感量有遇到UF10.5比較好,相差5�(gè)DB左右!磁環(huán)要是像年紀(jì)圖片是比較便�,但不好插件,故障比較大。要是加了底座也不便�,比UF10.5貴�

�(yīng)�

  �?yàn)槌杀镜囊�?,磁�(huán)大多用在大功率的電源�,發(fā)燒友形容:“小功率的用磁環(huán)太了”,是有道理��
  �(dāng)然因?yàn)轶w積小,對(duì)體積有要求的小功率電�,采用磁�(huán)的也是很OK的選擇�
  綜合性能比起�(lái),優(yōu)于UF系的。如果成本壓力不大的�(xiàng)目,可以考慮用磁�(huán)�。我�(shí)際測(cè)試傳�,用磁環(huán)的余量要低更多。而且感量還比UF的小�
  再說說UF/UU系列的共�
  材料:基本上為鐵氧體,當(dāng)然這鐵氧體也有區(qū)別的,一般有MXO-錳鋅類和NXO-鎳鋅�。鎳鋅類的主要優(yōu)�(diǎn)是:初始磁導(dǎo)率低(小于1000u),但是可以工作在比較高的頻率(大于100MHZ)�,保持磁�(dǎo)率不�。很�(qiáng)很偉大�
  NXO比MXO電阻率高。利用鐵氧體�(duì)高頻雜波的類似阻尼的作用將高頻雜波以熱能的方式釋放出�(lái),這就解釋了共模電感的溫度問題�
  整體�(yōu)�(shì)�
  最重要的一�(diǎn):成本低(我用的這�(gè)�0.9元人民幣),可以用�(jī)器繞、高�,常用UU9.8或UU10.5;
  有骨�,繞制工藝應(yīng)該會(huì)更好控制,可以做更高的電感量;
  耐壓及可靠性要�?針對(duì)磁環(huán)共模�;
  好插�,好安裝。四�(gè)腳嘛,孔位對(duì)了就沒一�(diǎn)問題;基本用在小電流的電源�,因?yàn)榫€徑不可以用很粗的,故電流不能太大;
  整體劣勢(shì)�
  空間因素:封裝位置大,maybe是因?yàn)楸容^�(qiáng)壯,不像磁環(huán)那么小巧玲瓏;
  �(fā)熱比較嚴(yán)�,也是根�(jù)我實(shí)�(cè)的:90V輸入滿載室溫�,可以到�90�;
  �(yīng)用:
  一般用在成本控制比較嚴(yán)格的、抑或小功率的場(chǎng)�;

必要因素

  共模電感缺失=防EMI性能低下?這樣的說法顯然是頗為片面��
  �(chéng)然,由于�(guó)家的EMI相關(guān)�(guī)范并不健�,部分廠商為了省料就鉆了這�(gè)空子,在整體防EMI性能上都大肆省料壓縮成本(其中就包括共模電感的省略),這樣做的直接后果就是主板防EMI性能極其低下;但是對(duì)于那些整體設(shè)�(jì),用料不縮水的主�,即使沒有共模電�,其整體防EMI性能仍能�(dá)到相�(guān)要求,這樣的產(chǎn)品仍然是合格�。因此,單純就是否有共模電感這一�(diǎn)�(lái)判斷主板的優(yōu)劣并不恰�(dāng).
  共模電感在制作時(shí)�(yīng)滿足以下要求
  (1)繞制在線圈磁芯上的導(dǎo)線要相互絕緣,以保證在瞬�(shí)過電壓作用下線圈的匝間不�(fā)生擊穿短�;
  (2)�(dāng)線圈流過瞬時(shí)大電流時(shí),磁芯不要出�(xiàn)飽和;
  (3)線圈中的磁芯�(yīng)與線圈絕�,以防止在瞬�(shí)過電壓作用下兩者之間發(fā)生擊�;
  (4)線圈�(yīng)盡可能繞制單層,這樣做可減小線圈的寄生電�,增�(qiáng)線圈�(duì)瞬時(shí)過電壓的承受能力�
  通常情況�,同�(shí)注意選擇所需濾波的頻段,共模阻抗越大越好,因此我�?cè)谶x擇共模電感時(shí)需要看器件資料,主要根�(jù)阻抗頻率曲線選擇。另外選擇時(shí)注意考慮差模阻抗�(duì)信號(hào)的影響,主要�(guān)注差模阻�,特別注意高速端口�

維庫(kù)電子�,電子知�(shí),一查百��

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