抑制共模电感.docx

共模电感共模电感(Common mode Choke),也叫共模扼流圈，常用于电脑的开关电源中过 滤共模的电磁干扰信号在板卡设计中，共模电感也是起EMI滤波的作用，用于 抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射目录初识共模电感共模电感工作原理漏感和差模电感共模电感使用材料的优劣势从看板卡整体设计看共模电感1. 概述2. 主板 Layout (布线)设计3. 主板布线的划断4. 主板接口的设计从必要性看共模电感共模电感的测量与诊断1. 概述2. 漏感的重要性3. 共模扼流圈综述4. 用LISN原理测量共模扼流圈饱和特性的方法5. 用电流原理测量共模扼流圈饱和特性的方法6. 共模扼流圈内存在的差模与共模磁通7. 参考以下围绕麦克斯韦方程所进行的讨论8. 漏感综述9. 无辐射共模扼流圈结构10. 壶形铁芯结构11. E形铁芯结构 共模滤波器JEPSUN-CM系列 展开初识共模电感 共模电感工作原理 漏感和差模电感 共模电感使用材料的优劣势 从看板卡整体设计看共模电感1. 概述2. 主板 Layout （布线）设计3. 主板布线的划断4. 主板接口的设计 从必要性看共模电感 共模电感的测量与诊断1. 概述2. 漏感的重要性3. 共模扼流圈综述4. 用LISN原理测量共模扼流圈饱和特性的方法5. 用电流原理测量共模扼流圈饱和特性的方法6. 共模扼流圈内存在的差模与共模磁通7. 参考以下围绕麦克斯韦方程所进行的讨论8. 漏感综述9. 无辐射共模扼流圈结构10. 壶形铁芯结构11. E形铁芯结构 共模滤波器JEPSUN-CM系列 展开编辑本段初识共模电感共模电感的一种小知识：EMI（Elec tro Magne tic Int erference ，电磁干扰） 计算机内部的主板上混合了各种 高频电路、数字电路和模拟电路，它们工作时会产生大量高频电磁波互相干扰，这就是 EMI。

EMI还会通过主板布线或外接线缆向外发射，造成电磁辐射污染，不但影响其他的电子设备 正常工作，还对人体有害PC板卡上的芯片在工作过程中既是一个电磁干扰对象，也是一个电磁 干扰源总的来说，我们可以把这些电磁干扰分成两类：串模干扰（差模干 扰）与共模干扰（接地干扰）以主板上的两条PCB走线（连接主板各元件的 导线）为例，所谓串模干扰，指的是两条走线之间的干扰；而共模干扰则是 两条走线和PCB地线之间的电位差引起的干扰串模干扰 电流作用于两条 信号线间，其传导方向与波形和信号电流一致；共模干扰电流作用在信号 线路和地线之间，干扰电流在两条信号线上各流过二分之一且同向，并以 地线为公共回路共模电感如果板卡产生的共模电流不经过衰减过滤（尤其是像USB和IEEE 1394 接口这种高速接口走线上的共模电流），那么共模干扰电流就很容易通过接 口数据线产生电磁辐射一一缆中因共模电流而产生的共模辐射 美国FCC、国际无线电干扰特别委员会的CISPR22以及我国的GB9254等标准规 范等都对信息技术设备通信端口的共模传导干扰和辐射发射有相关的限制 要求为了消除信号线上输入的干扰信号及感应的各种干扰，我们必须合 理安排滤波电路来过滤共模和串模的干扰，共模电感就是滤波电路中的一 个组成部分。

共模电感实质上是一个双向 滤波器：一方面要滤除信号线上共模电磁 干扰，另一方面又要抑制本身不向外发出电磁干扰，避免影响同一电磁环 境下其他电子设备的正常工作图2是我们常见的共模电感的内部 电路示意图，在实际电路设计中， 还可以采用多级共模电路来更好地滤除电磁干扰此外，在主板上我们也能看到一种贴片式的共模电感（图3），其结构和功能与直立式共模电感几乎 是一样的编辑本段共模电感工作原理为什么共模电感能防EMI?要弄清楚这点，我们需要从共模电感的结构 开始分析共模电感的滤波电路，La和Lb就是共模电感线圈这两个线圈绕在同 一铁芯上，匝数和相位都相同（绕制反向）这样，当电路中的正常电流流 经共模电感时，电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相互抵 消，此时正常信号电流主要受线圈 电阻的影响（和少量因漏感造成的阻尼）； 当有共模电£50- 也 -I * I3J- imf S3 盂' E]uno% 2： 4流流经线圈时，由于共模电流的同向性，会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，达到滤波的目的事实上，将这个滤波电路一端接干扰源，另一端接被干扰设备，则 La和Cl, Lb和C2就构成两组低通滤波器，可以使线路上的共模EMI信号被 控制在很低的电平上。

该电路既可以抑制外部的 EMI信号传入，又可以衰减线路自身工作时产生的EMI信号，能有效地降低EMI干扰强度现在国内生产的一种小型共模电感，采用高频之杂讯抑制对策，共模 扼流线圈结构，讯号不衰减，体积小、使用方便，具有平衡度佳、使用方 便、高品质等优点广泛使用在双平衡调音装置、多频变压器、阻抗变压 器、平衡及不平衡转换变压器•••等还有一种共模滤波器电感/EMI滤波器电感采用铁氧体磁心，双线并绕, 杂讯抑制对策佳，高共模噪音抑制和低差模噪声信号抑制，低差模噪声信 号抑制干扰源，在高速信号中难以变形，体积小、具有平衡度佳、使用方 便、高品质等优点广泛使用在抑制电子设备 EMI噪音、个人电脑及外围设备的USB线路、DVC、STB的IEEE1394线路、液晶显示面板、低压微分 信号...等编辑本段漏感和差模电感对理想的电感模型而言，当线圈绕完后，所有磁通都集中圈的中 心内但通常情况下环形线圈不会绕满一周，或绕制不紧密，这样会引起 磁通的泄漏共模电感有两个绕组，其间有相当共模电感大的间隙，这样就会产生磁通泄漏，并形成 差模电感因此，共模电感一 般也具有一定的差模干扰衰减能力在滤波器的设计中，我们也可以利用漏感。

如在普通的滤波器中，仅 安装一个共模电感，利用共模电感的漏感产生适量的差模电感，起到对差 模电流的抑制作用有时，还要人为增加共模扼流圈的漏电感，提高差模 电感量，以达到更好的滤波效果编辑本段共模电感使用材料的优劣势磁环类型的铁芯优点：高初始导磁率（这个是共模电感的基本要求）、高饱和磁感应强度、温 度较之铁氧体稳定（可以理解为温升小），频率特性比较灵活，因为导磁率 高，很小就可以做出很大的感量，适应频率比较宽 ；整体优势：因为初始导磁率是铁氧体的5-20倍，对传导干扰的抑制作用远大于铁 氧体；纳米晶的咼饱和磁感应强度比铁氧体的好，所以在大电流下不易饱和 ；温升较之UF系列的要低，我实际测试：室温下要低将近 10度（个人测 试值仅作参考）；结构上的灵活令其适应性好，从加工工艺上进行改变，即可适应不同 需求（见过节能灯上用的磁环电感，使用相当灵活）;分布电容会更小，因为绕线的面积更宽，体积也相对较小 ；环行所用匝数少一点，分布参数小一点，效率占优（针对具体进行分析， 我猜是因为线径的缘故，望补充）;整体劣势：磁环孔径小，机器难以穿线，需要人工去绕，费时费力，加工成本高， 效率低而在成本压力日益增加的同时，这一点已尤为重要了。

耐压方面较之UF优势不大：我自己想的，因为看到很多磁环共模中间 使用扎线带隔开的，这样不是很可靠，有的中间拉开一定距离，线用点胶 固定，时间长了，可靠性怎么样呢？如果电感量要求比较大，线会挤在一起， 安全性上有一点疑惑安装不便，故障率较高-—来自发烧友的分享：“一般性能是一样的， 同样线径磁环要比UF10.5做的感量要高，容易实现测试传导时相同感量 有遇到UF10.5比较好，相差5个DB左右！磁环要是像年纪图片是比较便宜， 但不好插件，故障比较大要是加了底座也不便宜，比 UF10.5贵”应用：因为成本的因素，磁环大多用在大功率的电源上，发烧友形容：“小 功率的用磁环太高档了”，是有道理的当然因为体积小，对体积有要求的小功率电源，采用磁环的也是很 OK的选择综合性能比起来，优于UF系的如果成本压力不大的项目，可以考虑 用磁环的我实际测试传到，用磁环的余量要低更多而且感量还比 UF的小再说说UF/UU系列的共模材料：基本上为铁氧体，当然这铁氧体也有区别的，一般有 MXO-锰锌类和NXO-镍锌类镍锌类的主要优点是：初始磁导率低（小于lOOOu），但 是可以工作在比较高的频率（大于1OOMHZ）下，保持磁导率不变。

很强很伟 大NXO比MXO电阻率高利用铁氧体对高频杂波的类似阻尼的作用将高频 杂波以热能的方式释放出来，这就解释了共模电感的温度问题百度上对共模电感的原理说的比我清楚：两个线圈绕在同一铁芯上， 匝数和相位都相同（绕制反向）这样，当电路中的正常电流流经共模电感 时，电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消，此时正 常信号电流主要受线圈电阻的影响（和少量因漏感造成的阻尼）；当线圈中 流过有共模干扰的电流时，会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 波的目的整体优势：最重要的一点：成本低（我用的这个是0.9元人民币），可以用机器绕、 高效，常用UU9.8或UU10.5;有骨架，绕制工艺应该会更好控制，可以做更高的电感量 ；耐压及可靠性要好？针对磁环共模的；好插件，好安装四个脚嘛，孔位对了就没一点问题 ；基本用在小电流的电源上，因为线径不可以用很粗的，故电流不能太大 ；整体劣势：空间因素：封装位置大，maybe是因为比较强壮，不像磁环那么小巧玲 珑；发热比较严重，也是根据我实测的：90V输入满载室温下，可以到快 90度；应用：一般用在成本控制比较严格的、抑或小功率的场合 ；口］编辑本段从看板卡整体设计看共模电感概述在一些主板上，我们能看到共模电感，但是在大多数主板上，我们都 会发现省略了该元件，甚至有的连位置也没有预留。

这样的主板，合格吗?不可否认，共模电感对主板高速接口的共模干扰有很好的抑制作用， 能有效避免EMI通过线缆形成电磁辐射影响其余外设的正常工作和我们的 身体健康但同时也需要指出，板卡的防 E共模电感MI设计是一个相当庞大和系统化的工程，采用共模电感的设计只是其中的 一个小部分高速接口处有共模电感设计的板卡，不见得整体防 EMI设计就优秀所以，从共模滤波电路我们只能看到板卡设计的一个方面，这一 点容易被大家忽略，犯下见木不见林的错误只有了解了板卡整体的防EMI设计，我们才可以评价板卡的优劣那 么，优秀的板卡设计在防EMI性能上一般都会做哪些工作呢？主板Layout（布线）设计对优秀的主板布线设计而言，时钟走线大多会采用屏蔽措施或者靠近 地线以降低EMI对多层PCB设计，在相邻的PCB走线层会采用开环原则， 导线从一层到另一层，在设计上就会避免导线形成环状如果走线构成闭 环，就起到了天线的作用，会增强 EMI辐射强度信号线的不等长同样会造成两条线路阻抗不平衡而形成共模干扰，因 此，在板卡设计中都会将信号线以蛇形线方式处理使其阻抗尽可能的一致， 减弱共模干扰同时，蛇形线在布线时也会最大限度地减小弯曲的摆幅， 以减小环形区域的面积，从而降低辐射强度。

在高速PCB设计中，走线的长度一般都不会是 时钟信号波长1/4的整 数倍，否则会产生 谐振，产生严重的EMI辐射同时走线要保证回流路径 最小而且通畅对去耦电容的设计来说，其设置要靠近 电源管脚，。