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共摸電感
閱讀�3261時間�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。在板卡�(shè)計中,共模電感也是起EMI濾波的作用,用于抑制高速信號線�(chǎn)生的電磁波向外輻射發(fā)��

理論知識

  小知識:EMI(Electro Magnetic Interference,電磁干�)
  計算機內(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,它們工作時會產(chǎn)生大量高頻電磁波互相干擾,這就是EMI。EMI還會通過主板布線或外接線纜向外發(fā)射,造成電磁輻射污染,不但影響其他的電子�(shè)備正常工作,還對人體有害�
  PC板卡上的芯片在工作過程中既是一個電磁干擾對象,也是一個電磁干擾源。總的來�,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�;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擾。串模干擾電流作用于兩條信號線間,其傳導(dǎo)方向與波形和信號電流一�;共模干擾電流作用在信號線路和地線之�,干擾電流在兩條信號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。美國FCC、國際無線電干擾特別委員會的CISPR22以及我國的GB9254等標(biāo)�(zhǔn)�(guī)范等都對信息技�(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�。為了消除信號線上輸入的干擾信號及感�(yīng)的各種干�,我們必須合理安排濾波電路來過濾共模和串模的干擾,共模電感就是濾波電路中的一個組成部��
  共模電感實質(zhì)上是一個雙向濾波器:一方面要濾除信號線上共模電磁干擾,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,我們需要從共模電感的結(jié)�(gòu)開始分析�
  共模電感的濾波電路,La和Lb就是共模電感線圈。這兩個線圈繞在同一鐵芯�,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�,電流在同相位繞制的電感線圈中產(chǎn)生反向的磁場而相互抵�,此時正常信號電流主要受線圈電阻的影�(和少量因漏感造成的阻�);當(dāng)有共模電流流�(jīng)線圈�,由于共模電流的同向�,會在線圈內(nèi)�(chǎn)生同向的磁場而增大線圈的感抗,使線圈表現(xiàn)為高阻抗,產(chǎn)生較強的阻尼效果,以此衰減共模電�,達(dá)到濾波的目的�
  事實�,將這個濾波電路一端接干擾源,另一端接被干擾設(shè)�,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信號被控制在很低的電平上。該電路既可以抑制外部的EMI信號傳入,又可以衰減線路自身工作時產(chǎn)生的EMI信號,能有效地降低EMI干擾強度�
  國內(nèi)生產(chǎn)的一種小型共模電�,采用高頻之雜訊抑制對策,共模扼流線圈結(jié)�(gòu),訊號不衰減,體積小、使用方�,具有平衡度�、使用方便、高品質(zhì)等優(yōu)�。廣泛使用在雙平衡調(diào)音裝�、多頻變壓器、阻抗變壓器、平衡及不平衡轉(zhuǎn)換變壓器...��
  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�,雜訊抑制對策佳,高共模噪音抑制和低差模噪聲信號抑制,低差模噪聲信號抑制干擾源,在高速信號中難以變形,體積小、具有平衡度�、使用方�、高品質(zhì)等優(yōu)點。廣泛使用在抑制電子�(shè)備EMI噪音、個人電腦及外圍設(shè)備的 USB線路、DVC、STB的IEEE1394線路、液晶顯示面板、低壓微分信�...�

材料�(yōu)�

  磁環(huán)類型的鐵芯優(yōu)點:
  高初始導(dǎo)磁率(這個是共模電感的基本要�)、高飽和磁感�(yīng)強度、溫度較之鐵氧體�(wěn)�(可以理解為溫升小),頻率特性比較靈活,因為�(dǎo)磁率�,很小就可以做出很大的感�,適�(yīng)頻率比較�;
  整體�(yōu)勢:
  因為初始�(dǎo)磁率是鐵氧體�5-20倍,對傳�(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)強度比鐵氧體的好,所以在大電流下不易飽和;
  溫升較之UF系列的要低,我實際測試:室溫下要低將�10�(個人測試值僅作參�);
  �(jié)�(gòu)上的靈活令其適應(yīng)性好,從加工工藝上進行改變,即可適�(yīng)不同需�(見過節(jié)能燈上用的磁�(huán)電感,使用相�(dāng)靈活);
  分布電容會更小,因為繞線的面積更�,體積也相對較小;
  �(huán)行所用匝�(shù)少一�,分布參�(shù)小一�,效率占�(yōu)(針對具體進行分析,我猜是因為線徑的緣�,望補充);
  整體劣勢�
  磁環(huán)孔徑�,機器難以穿�,需要人工去繞,費時費力,加工成本高,效率低。而在成本壓力日益增加的同�,這一點已尤為重要��
  耐壓方面較之UF�(yōu)勢不大:我自己想�,因為看到很多磁�(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�,線用點膠固�,時間長了,可靠性怎么樣呢?如果電感量要求比較大,線會擠在一起,安全性上有一點疑��
  安裝不便,故障率較高---來自�(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�(xiàn)。測試傳�(dǎo)時相同感量有遇到UF10.5比較�,相�5個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)�

  因為成本的因�,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�,是有道理的�
  �(dāng)然因為體積小,對體積有要求的小功率電源,采用磁環(huán)的也是很OK的選��
  綜合性能比起�,優(yōu)于UF系的。如果成本壓力不大的項目,可以考慮用磁�(huán)�。我實際測試傳到,用磁環(huán)的余量要低更�。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)點是:初始磁�(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�。很強很偉大�
  NXO比MXO電阻率高。利用鐵氧體對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來,這就解釋了共模電感的溫度問題�
  整體�(yōu)勢:
  最重要的一點:成本�(我用的這個是0.9元人民幣),可以用機器繞、高�,常用UU9.8或UU10.5;
  有骨�,繞制工藝應(yīng)該會更好控制,可以做更高的電感量;
  耐壓及可靠性要�?針對磁環(huán)共模�;
  好插�,好安裝。四個腳�,孔位對了就沒一點問�;基本用在小電流的電源上,因為線徑不可以用很粗�,故電流不能太大;
  整體劣勢�
  空間因素:封裝位置大,maybe是因為比較強�,不像磁�(huán)那么小巧玲瓏;
  �(fā)熱比較嚴(yán)�,也是根�(jù)我實測的�90V輸入滿載室溫下,可以到快90�;
  �(yīng)用:
  一般用在成本控制比較嚴(yán)格的、抑或小功率的場�;

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��
  誠然,由于國家的EMI相關(guān)�(guī)范并不健�,部分廠商為了省料就鉆了這個空子,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;但是對于那些整體設(shè)計,用料不縮水的主板,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�,單純就是否有共模電感這一點來判斷主板的優(yōu)劣并不恰�(dāng).
  共模電感在制作時�(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,以保證在瞬時過電壓作用下線圈的匝間不發(fā)生擊穿短�;
  (2)�(dāng)線圈流過瞬時大電流時,磁芯不要出�(xiàn)飽和;
  (3)線圈中的磁芯�(yīng)與線圈絕�,以防止在瞬時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�,增強線圈對瞬時過電壓的承受能力�
  通常情況下,同時注意選擇所需濾波的頻�,共模阻抗越大越�,因此我們在選擇共模電感時需要看器件資料,主要根�(jù)阻抗頻率曲線選擇。另外選擇時注意考慮差模阻抗對信號的影響,主要關(guān)注差模阻�,特別注意高速端口�

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