開關(guān)電源共模電感計算其實并不難！

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開關(guān)電源共模電感計算其實并不難！

正常工作的開關(guān)類電源（SMPS）會產(chǎn)生有害的高頻噪聲，它能影響連接到相同電源線上的電子設(shè)備像計算機、儀器和馬達控制。用一個EMI濾波器插入電源線和SMPS之間能消除這類干擾（圖1）。一個差模噪聲濾波器和一個共模噪聲濾波器能夠串聯(lián)或在許多情況下
單獨使用共模噪聲濾波器。

圖一、EMI濾波器的插入

一、電感器的分類

電感器以其應(yīng)用環(huán)境、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、形狀、用途等可分為不同種類，通常電感器設(shè)計是以用途及應(yīng)用環(huán)境作為出發(fā)點而開始的。在開關(guān)電源中以其用途不同，電感器可分為：
共模濾波電感器（Common Mode Choke）
常模濾波電感器（Normal Mode Choke）
功率因數(shù)校正電感（Power Factor Correction - PFC Choke）
交鏈耦合電感器（Coupler Choke）
儲能平波電感（Smooth Choke）
磁放大器線圈（MAG AMP Coil）
共模濾波電感器因要求兩線圈具有相同的電感值，相同的阻抗等，故該類電感均采用對稱性設(shè)計，其形狀多為TOROID、UU、ET等形狀。

二、共模電感的工作原理

共模濾波電感器又稱共模扼流線圈（以下簡稱共模電感或CM.M.Choke）或Line Filter。
在開關(guān)電源中，由于整流二極管和濾波電容以及電感中的電流或電壓急劇變化，產(chǎn)生電磁干擾源（noise），同時輸入電源中也存在工頻以外的高次諧波噪聲，這些干擾若不加以扼制，將對負(fù)載設(shè)備或開關(guān)電源本身造成損害，因此若干國家之安規(guī)機構(gòu)對電磁干擾（EMI）發(fā)射量均作出了相應(yīng)的管制規(guī)定。當(dāng)前開關(guān)電源的開關(guān)頻率日趨高頻化EMI也隨之日益嚴(yán)重，所以開關(guān)電源中均須設(shè)置EMI濾波器，EMI濾波器需對常模及共模噪聲均作出相應(yīng)的抑制，以達到某一規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。常模濾波器負(fù)責(zé)濾出輸入或輸出端兩根線間之差模干擾信號，共模濾波器負(fù)責(zé)濾出兩條入線之共模干擾信號。實際共模電感因其工作環(huán)境不同，又可分為AC CM.M.CHOKE；DC CM.M.CHOKE和SIGNAL CM.M.CHOKE三種，在設(shè)計或選用時應(yīng)于以區(qū)分。但其工作原理完全相同，工作原理如圖（1）所示：

圖1共模電感的作用
如圖所示，在同一磁環(huán)上繞上兩組方向相反的線圈，據(jù)右手螺旋管定則可知，當(dāng)在輸入端A、B兩端加上極性相反，信號幅值相同的差模電壓時，有實線所示的電流i2，在磁芯中產(chǎn)生實線所示的磁通Φ2，只要保證兩繞組完全對稱，則磁芯中兩不同方向之磁通相互抵消。總磁通為零，線圈電感幾乎為零，對常模信號無阻抗作用。若在輸入端A、B兩端加上極性相同，幅值相等的共模信號時，有虛線所示的電流i1，在磁芯中產(chǎn)生虛線所示的磁通Φ1，則磁芯中磁通有相同的方向而互相加強，使每一線圈的電感值為單獨存在時的兩倍，而XL =ωL，因此，此一繞法的線圈對共模干擾有很強的抑制作用。
實際的EMI濾波器由L、C組合而成，設(shè)計時也常常將差模與共模抑制電路組合在一起（如圖2），因此，設(shè)計時需依據(jù)濾波電容的大小以及所需符合的安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)作出電感值的決定。
圖中L1、L2、C1構(gòu)成常模濾波器，L3、C2、C3構(gòu)成共模濾波器。

圖2 EMI濾波器電路

三、開關(guān)電源中共模電感的設(shè)計實例
在工作頻率為10KHz，輸入線性電流為3A(RMS)時，阻抗為100 歐的共模電感。
1）選取線徑
銅線截面積=3A/400A/cm2=0.0075cm2
銅線線徑 =0.98mm
取銅線線為1.0mm
2)計算最小電感值

無標(biāo)題123456789

3)假如無指定空間，任取一磁芯內(nèi)徑（ID)=13.72+/-0.38=13.34mm MIN
4)計算內(nèi)圓周長和最大可繞圈數(shù)
內(nèi)圓周長=3.14×(13.34-1.08)=38.5mm
最大圈數(shù)=（160/360)×38.5/1.08=15.8TS或16TS
5）計算磁芯的AL值，并選取材質(zhì)
磁芯的AL最小值=1.59/162=6211nH/TS2MIN
因此種磁芯AL值變化范圍一般為+/-30%。故磁芯的AL值取9000nH/TS2，以上述條件，即可選取一合適磁芯。
1.08是漆包線的外徑，加了絕緣層和預(yù)留量，160是繞線的分布度數(shù)，160/360也就是說一個線包的分布范圍是160度。