共模电感使用特性及选材

共模电感是一种在电子产品中起抗电磁干扰的元件，它能在一定的频率条件下提供高阻抗。常用中的EMI滤波器的主要部件是共模电感。以下是共模电感的使用特点和材料选择。

开关电源中有两种噪声：一种是共模，另一种是差模。与输入信号路径相同的噪声称为差模噪声，而从接地到输出相同的尖峰信号称为共模噪声。

典型的抗电磁干扰滤波器包括共模电感、差模电感和X,Y电容。Y电容和共模电感衰减了共模噪声。在高频噪声中，电感具有高阻抗特性，反射和吸收噪声。然而，电容器具有低阻抗（接地），并改变了主线的噪声方向。

共模电感两绕组圈数相同，产生两个相等方向的磁通量。这两个磁通相互抵消。因此，磁芯处于无偏磁状态。差模电感只有一个绕组，需要磁芯提供完全不饱和的线性电流。这与共模电感大不相同。为了防止磁饱和，差模电感必须使用低有效磁导率的磁芯有空隙的铁氧体或铁粉磁芯)。然而，在磁芯相对较小的情况下，共模电感可以使用较高的磁导率磁芯并获得较高的电感。

磁芯选材中的共模电感应首先考虑噪声，开关电源的单位基频会产生噪声，加上高频谐波。也就是说，噪音是10KHz到50MHz它将存在于范围内。因此，电感必须在更宽的频率范围内具有高阻抗特性。

共模电感的总阻抗由串联感抗两部分组成(Xs)和串联电阻(Rs)。阻抗在低频时呈感抗特性。但随着频率的增加，有效磁导率下降，感抗也在下降。由串联感抗(Xs)和串联电阻(Rs)在整个频宽内产生可接受的阻抗(Zs)。 铁氧体(镍锌系和锰锌系)是大多数产品的共模电感磁芯。镍锌系磁芯具有初磁导率低的特点，但频率很高(大于100MHz)初始磁导率仍能保持。相反，锰锌系统具有较高的初始磁导率，但在频率较低(20KHz)磁导率可能会衰减。由于镍锌系磁芯具有较低的初始磁导率，因此在低频时不能产生高阻抗特性。但锰锌系磁芯在低频时能提供很高的阻抗性，非常适合10KHz到50MHz抗电磁干扰。基于此，本文只讨论锰锌系磁芯。 锰锌系磁芯有多种形状：环形，E形，罐形，RM形及EP形等等。但对于大多数共模电感都是使用环形磁芯。主要有以下两个优点：

第一：环形磁芯相对便宜。由于只有一个环形可以制作，而其他形状的磁芯必须有一对才能形成共模电感。在成型过程中，由于两个磁芯的匹配，研磨过程（如镜面磁芯）必须增加才能获得更高的磁导率。环形磁芯不需要这样做。

环形磁芯的有效磁导率高于其它形状磁芯。由于两对配对磁芯在组装过程中，无论如何工作都不能消除气隙现象，因此有效磁导率低于单个封闭磁芯。 环形磁芯有一个缺点:绕线成本高。因为其他形状的磁芯都有配套的线架，绕线可以机器操作，而环形磁芯只能手动操作或机器(低速)操作。但通常共模电感圈较少(小于30圈)，因此绕线成本较低。 基于上述原因，下面的共模电感是对使用环形磁芯的描述。

共模电感设计所需的基本参数为：输入电流、阻抗和频率。绕组所需的线径由输入电流决定。计算线径时，电流密度通常为400A/cm3。但此值必须随电感温升而变化。一般情况下，绕组采用单导线作业，可减少高频噪声和皮肤效应损失。 在给定的频率条件下，共模电感的阻抗一般规定为最小值。串联线性阻抗可提供一般要求的噪声衰减。不幸的是，很少有人知道线性阻抗，所以设计师经常使用50人W测试共模电感的线性阻抗稳定网络仪，并逐渐成为测试共模电感性能的标准方法。但结果通常与实际情况有很大的不同。事实上，当共模电感正常时，角频首先会产生每八个音度的增加-6dB衰减(角频由共模电感产生-3dB)这个角频的频率通常很低，以便感抗提供阻抗。所以电感可以用下面的公式来表达: Ls=Xx/2πf (1) 大家都知道电感，但值得一提的是，设计时要注意磁芯、磁芯材料和所需的圈数。首先，设计的第一步是选择磁芯型号。如果有规定的电感空间，我们将根据此空间选择合适的磁芯型号。如果没有规定，磁芯型号通常会随意选择； 第二步是计算磁芯可以绕最大圈数。共模电感有两绕组，一般为单层，且每绕组分布在磁芯的每一边，两绕组中间须隔开一定的距离。偶尔使用双层和堆积绕组，但这种方法可以提高绕组的分布电容，降低电感的高能。由于铜线的线径是由线性电流的大小决定的，可以通过减去磁芯内圆半径的铜线半径来计算内圆周长。因此，铜线加绝缘线径和每个绕组占据的圆周可以计算最大圆数。

共模电感的设计看起来很简单，但实际上有点复杂。为了防止磁芯饱和，必须考虑温度、应力等因素。但如果你更了解磁芯材料的特性，这个问题就不难解决了。因为有些人在使用共模电感时应该考虑他的特性和材料。

来源：顺宇电子