共模扼流圈的作用及特点

共模电感是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件，它由两个尺寸相同，匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上，形成一个四端器件，要对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用，而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。原理是流过共模电流时磁环中的磁通相互叠加，从而具有相当大的电感量，对共模电流起到抑制作用，而当两线圈流过差模电流时，磁环中的磁通相互抵消，几乎没有电感量，所以差模电流可以无衰减地通过。因此共模电感在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号，而对线路正常传输的差模信号无影响。
共模电感扼流圈是开关电源、变频器、ups电源等设备中的一个重要部分。其工作原理：当工作电流流过两个绕向相反线圈时，产生两个相互抵消的磁场 h1、h2 ，此时工作电流主要受线圈欧姆电阻以及可忽略不计的工作频率下小漏电感的阻尼。如果有干扰信号流过线圈时，线圈即呈现出高阻抗，产生很强的阻尼效果，达到衰减干扰信号作用。
共模电感原理
扼流圈是一种用来减弱电路里面高频电流的低阻抗线圈。为了提高其电感扼流圈通常有一软磁材料制的核心。共模扼流圈有多个同样的线圈，电流在这些线圈里反向流，因此在扼流圈的芯里磁场抵消。共模扼流圈常被用来压抑干扰辐射，因为这样的干扰电流在不同的线圈里反向，提高系统的emc。对于这样的电流共模扼流圈的电感非常高。共模电感的电路图如图1所示。
共模信号和差模信号只是一个相对量，共模信号又称共模噪声或者称对地噪声，指两根线分别对地的噪声，对于开关电源的输入滤波器而言，是零线和火线分别对大地的电信号。虽然零线和火线都没有直接和大地相连，但是零线和火线可以分别通过电路板上的寄生电容或者杂散电容又或者寄生电感等来和大地相连。差模信号是指两根线直接的信号差值也可以称之为电视差。
假设有两个信号v1、v2
共模信号就为（v1+v2）/2
差模信号就为：对于v1 （v1-v2）/2；对于v2 -（v1-v2）/2
共模信号特点：幅度相等、相位相同的信号。
差模信号特点：幅度相等、相位相反的信号。
如图2所示为差模信号和共模信号的示意图。
图2 差模信号和共模信号示意图
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）；当有共模电流流经线圈时，由于共模电流的同向性，会在线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c1，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。
既然是用电感来抑制共模信号，那么这肯定和磁场相关。先来介绍通电螺线感，产生的磁场的方向。对于通电螺线管的磁场方向判断方法为，右手握住螺管，四指指向电流方向，则拇指指向就是磁场方向。接下来介绍一个重要的名词，即磁通。垂直通过一个截面的磁力线总量称为该截面的磁通量，简称磁通。磁力线是通电螺线管产生的，是实际存在的，只是看不见也摸不着，磁力线是一个闭和的回路，对于通电螺线管，磁力线都要经过螺线管内部，磁力线是与磁感应强度b成正比的。如图3所示为通电螺线管产生磁力线的示意图。
图3 螺线管磁力线。如图4所示为，穿过某一截面的磁通。
图4 穿过截面的磁通
磁通量用f表示，是一个标量，单位为韦伯，代号wb。磁通量和磁感应强度b以及截面积a的关系为：
f=ba
从关系式可以看出，穿过横截面的磁力线越多，磁通量就越大。对于绕在磁芯上的线圈，在其上通电流i，则线圈的电感l可以表示为：
l=nf/i
n为线圈匝数。
到此为止，通过上述的简要概述，可以知道，绕在磁芯上的线圈在匝数和电流不变时，磁芯中穿过的磁力线越多，那么磁通量就越大，则相对应的电感量也越大。电感天生的作用就是阻止流过其上电流的变化，其实质是阻止其磁通量的变化。这就是利用共模电感来抑制共模电流的基本原理。
如图5所示为，共模电流在共模电感上产生的磁感应强度，电流i1产生的磁感应强度为b1，电流i2产生的磁感应强度为b2，两条黄色箭头分别表示电流i1和i2在铁氧体中产生的磁力线，可以看出电流i1和i2产生的磁力线是相加的，故磁通也是相加的，那么电感量就是相加的，电感量越大，对电流的抑制能力就越强。
图5共模电流在共模电感上的磁通分布
对于共模电感如何抑制共模电流用一句话可以解释，即共模电感上流过共模电流时磁环中的磁通相互叠加，从而具有相当大的电感量，对共模电流起到抑制作用。
当两个线圈流过差模电流时，铁氧体磁环中的磁力线相反，导致磁通相互抵消，几乎没有电感量，所以差模信号可以基本无衰减的通过（考虑到电感本身具有一定的电阻）。所以不仅对于开关电源的输入滤波器加共模电感，在走差分信号线时也可以加上共模电感来抑制共模电流，以防止电路误触发等现象。
共模扼流圈的作用共模扼流圈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。共模扼流圈可以传输差模信号，直流和频率很低的共模信号都可以通过，而对于高频共模噪声则呈现很大的阻抗，可以用来抑制共模电流骚扰。
共模扼流圈的特点
共模扼流圈采用铁氧体磁心，双线并绕，有着高共模噪音抑制和低差模噪声信号抑制能力，在高速信号中难以变形，体积小、使用方便，具有平衡度佳、使用方便、高品质等优点。并且工作频段阻抗小，干扰频率阻抗大电感值稳定，热稳定性好，多种结构形式和阻抗特性可供选择。
共模扼流圈的应用
1. 开关电源抑噪滤波器
2. 电源线和信号线静电噪音滤波器
3. 变换器和超声设备等辐射干扰抑制器