共模电感设计2
共模电感 参数
共模电感参数
共模电感参数对于电路设计和电磁兼容性至关重要。
共模电感是一种用于抑制共模干扰的元件，它能够有效地降低电路中的共模噪声，提高系统的抗干扰能力。
在设计共模电感参数时，需要考虑电感值、频率特性、尺寸、材料等因素，以确保其在电路中的有效性和稳定性。
共模电感的电感值是一个关键参数。
电感值的选择应根据具体的电路设计需求来确定。
一般来说，较大的电感值可以提供更好的共模抑制效果，但也会增加电路的成本和尺寸。
因此，在实际设计中需要权衡各方面的因素，选择适当的电感值。
共模电感的频率特性也是需要考虑的重要参数。
不同频率下，共模电感的阻抗特性会有所不同，因此需要根据工作频率来选择合适的共模电感。
一般来说，共模电感在高频下的阻抗应该较低，以确保其在高频环境下能够有效地抑制共模干扰。
共模电感的尺寸和材料也会影响其性能。
尺寸较大的共模电感通常具有较高的电感值和较低的电阻，但也会增加电路的体积和重量。
而选择合适的材料可以提高共模电感的工作稳定性和抗干扰能力，同时也可以降低电路的损耗和热量。
总的来说，共模电感参数的选择需要综合考虑电路设计需求、工作频率、成本和体积等因素。
合理选择共模电感的参数可以有效提高
系统的抗干扰能力，保障电路的稳定性和可靠性。
在实际应用中，设计人员应该根据具体情况进行调整和优化，以获得最佳的性能表现。
共模电感作为电磁兼容性设计中的重要元件，将继续发挥着重要的作用，帮助电路系统实现更好的抗干扰能力和稳定性。
共模电感设计
1.前言近年来，由于政府机构或其他团宥诀MC（电磁兼容）日益重视，工程师们在设计产品时亦是非常注意产品的辐射问题。
特别值得一提的是：直流变换器很高的开关频率及尖峰脉冲斜波就是一典型的EMI（电磁干扰）。
共模电感就是一个重要的抗电磁干扰零件，它可以在一宽频条件下提供非常高的阻抗。
大多数EMI滤波器主要部件就是一共模电感。
在此文中，主要介绍共模电感的设计及磁芯选材问题。
2.基本的共模开关电源有两种噪声：一为共模，另一为差模。
与输入信号的路径相同的噪声称之为差模噪声，而每相相同的从接地到输出的尖峰信号称之为共模噪声。
（详见图1A和1B)一典型抗电磁干扰滤波器包含共模电感，差模电感及X,Y电容。
Y电容和共模电感使共模噪声衰减。
在高频噪声时，电感呈现高阻抗特性，并且反射和吸收噪声。
然而电容呈低阻抗（至接地）且改变主线的噪声方向。
（见图2）共模电感两绕组圈数是相同的，产生两大小相等方向相反的磁通量。
此两磁通相互抵消。
因此使磁芯处于无偏磁状态。
差模电感只有一个绕组，需要磁芯提供一完全无饱和线性电流。
此与共模电感有较大的不同。
为防止磁饱和，差模电感必须使用一低的有效磁导率的磁芯（有气隙的铁氧体或铁粉磁芯）。
然而，共模电感可以使用一较高的磁导率磁芯且在磁芯相对小的条件下可得到一比较高的电感。
3.磁芯选材首先，噪声是由开关电源的单位基频所产生的，再加上高频谐波。
也就是表示噪声在10KHz到50MHz 范围内都会存在。
为此，电感必须有更宽的频率范围内存在高阻抗特性。
共模电感的总阻抗由两部分组成：串联感抗（Xs)和串联电阻（Rs)。
在低频时，阻抗呈感抗特性。
但随着频率的增加，有效磁导率下降，感抗亦在下降。
（见图3）由串联感抗（Xs)和串联电阻（Rs)的相互作用，在整个频宽内产生一可接受的阻抗（Zs)。
对于大多数产品来讲，共模电感的磁芯都选用铁氧体（镍锌系和锰锌系）。
镍锌系磁芯的特点是具有较低的初磁导率，但在非常高的频率（大于100MHz)时，仍能保持初磁导率。
非常详细的共模电感及滤波器的设计!(转载)精选全文完整版
⾮常详细的共模电感及滤波器的设计！（转载）看点1 ⼏个简单的实例测验与分析！01 这是⼀个共模电感，如下测量，你觉得测得的电感量是多少？可能有⼀部分会答错。
下⾯来说明⼀下我们知道共模电感的绕法有两种，1 双线并绕，2 两组线圈分开绕。
我们知道共模电感的绕法有两种，1 双线并绕，2 两组线圈分开绕。
1 双线并绕2 两组线圈分开绕正确的答案应该是10mH，下图所⽰。
⼀楼所⽰的测量和如下测量⼀致。
如仍有怀疑，可找个电感测量⼀下便知。
可以理解成两个电感并联，事实上就是两个电感并联，计算结果和测量结果是⼀样的。
两种绕法有何特点？1 双线并绕有较⼩的差模电感有较⾼的耦合电容有较⼩的漏感2 两组线圈分开绕有较⼩的耦合电容有较⾼的漏感因此要根据实际应⽤情况选择绕法。
02 再看看这样测量出来的电感量是多少？为什么？有的⼈可能会回答0mH，有的⼈可能会回答20mH，有的⼈可能会回答10mH。
不过很遗憾都不是，正确的答案L=40mH。
如下图，按右⼿法则已标上电流⽅向和磁通⽅向，从图中可以看出两个线圈的磁通的⽅向是相同的，也就是说磁通是增加的不是相互抵消。
根据磁环电感量计算公式式中：N = 圈数， Ac = 截⾯积， 分母 Mpl = 磁路长度。
注意 N 有平⽅的，⼀组线圈的圈数是N， 则两组线圈的圈数是 2N，将2N代⼊到公式中分⼦有 4N2， 也就是说电感量为 4 倍。
本例则为40 mH。
03 再看看这样测量得到的电感量应该是多少？这样测得的是什么电感量？这个估计很多⼈都知道是0mH，没错，理想状态下就是 0mH。
实际共模电感总有漏感、或差模电感成份，因此按此连接测量得到的数值就是漏感或者叫差模电感。
共模电感中漏感和差模电感是⼀回事，可以称漏感也可称差模电感。
⼀般做得好点的漏感在1-2%左右。
但有时候会特意将差模电感和共模电感做在⼀起，这时候的差模电感量就按实际需要做了。
看点2 共模电感“Z”字形符号是代表什么？共模电感的这个符号应该很常见吧，但是符号中的的 “Z” ⼀样的符号该怎么读？估计很少有⼈知道。
共模电感设计共模电感设计方案共模电感设计案例
共模电感设计共模电感设计方案共模电感设计案例共模电感设计是指在电路中采用共模电感来抑制共模噪声、提高信号品质和抗干扰能力的一种方法。
共模电感是一种特殊的电感元件，它在电路中起到滤波、隔离和阻抗匹配的作用。
本文将介绍几种常见的共模电感设计方案，并给出一些实际的共模电感设计案例。
1.单线圈共模电感设计方案：单线圈共模电感是一种简单的共模滤波器，它由一根绕线构成。
该共模电感一端接地，另一端与共模信号相连接。
单线圈共模电感的阻抗主要与其电感值和频率有关。
在设计时，可以选择合适的电感值和线圈长度，使其产生滤波效果，抑制共模噪声。
2.磁组件共模电感设计方案：磁组件共模电感由多个线圈和铁芯组成。
铁芯的存在可以增加线圈的感应效果，提高共模电感的阻抗。
在设计时，可以根据需要选择合适的铁芯材料、线圈匝数和电感值，以满足共模滤波的需求。
3.三相共模电感设计方案：三相共模电感适用于三相电路中的共模抑制。
三相电路中，共模电感一般由三个线圈组成，每个线圈对应一个相位。
通过适当的线圈匝数和电感值的选择，可以实现对三相共模信号的滤波和抑制。
案例1：手机通信模块共模电感设计手机通信模块中，常常存在大量的共模噪声。
为了提高通信质量，需要设计合适的共模电感来滤除这些噪声。
设计方案：采用单线圈共模电感，电感值选择5μH，线圈匝数为100匝。
根据手机通信频率范围，选择合适的线径和绕线长度。
通过电磁场仿真和实际测试，验证共模电感的滤波效果，得到满意的结果。
案例2：工业控制系统中的共模电感设计工业控制系统中，电机和传感器的共模噪声较大，容易影响系统的稳定性和准确度。
为了解决这个问题，需要设计合适的共模电感。
设计方案：采用磁组件共模电感，由多个线圈和铁芯组成。
根据系统要求和噪声特点，选择合适的铁芯材料和线圈匝数。
通过电磁场仿真和实际测试，得到满意的共模滤波效果。
共模电感的设计实例讲解
共模电感的设计实例讲解很多设计师对于共模电感的设计大多有一种感觉，那就是总觉得共模电感的设计看起来十分简单，但实际操作起来上，又有点复杂。
的确共模电感的设计要考虑温度及应力等等因素。
下面我就对于共模电感的设计过程与案例结合起来简单讲讲一、设计过程：① 选择磁芯材料（镍锌系和锰锌系）铁氧体是一个较好的具有成本优势的材料。
② 设定电感的阻对于一个给定的要求衰减的频率，定义此频率下共模电感的感抗为50~100Ω，即至少50%的衰减，因此有：Z =ωL③ 选择磁芯的形状的和尺寸成本低漏感小的环形磁芯非常适合于共模电感，但是这种形状不容易实现机械化绕制，一般用手工绕制。
磁环尺寸的大小选取有一定的随意性，通常基于PCB的尺寸选取合适的磁芯。
为了减小共模电感的寄生电容，共模电感通常只用单层的线圈。
若单层绕制时磁芯无法容纳所有的线圈，则选用大一号尺寸的磁环。
当然也可以基于磁芯的数据手册由LI的乘积选取。
④ 计算线圈的匝数由磁芯的电感系数AL计算共模电感的圈数：( 106 )0.5 L N = L × A⑤ 计算导线的线径导线允许通过的电流密度选取为：400~800A/cm²，由此可以得到要求的线径。
二、设计案例：在工作频率为10KHz，输入线性电流为3A(RMS)时，阻抗为100 欧的共模电感。
1）选取线径铜线截面积=3A/400A/cm2=0.0075cm2铜线线径 =0.98mm取铜线线为1.0mm2)计算最小电感值3)假如无指定空间，任取一磁芯内径（ID)=13.72+/-0.38=13.34mm MIN4)计算内圆周长和最大可绕圈数内圆周长=3.14×(13.34-1.08)=38.5mm最大圈数=（160/360)×38.5/1.08=15.8TS或16TS5）计算磁芯的AL值，并选取材质磁芯的AL最小值=1.59/162=6211nH/TS2MIN因此种磁芯AL值变化范围一般为+/-30%故磁芯的AL值取9000nH/TS2，以上述条件，即可选取一合适磁芯。
pcb 共模电感走线
pcb 共模电感走线
PCB共模电感走线是指在PCB设计中，针对共模电感的走线布局。
共模电感是一种用于抑制共模干扰的元件，它通常用于电路中
的滤波器和抑制噪声。
在PCB设计中，正确的走线布局对于共模电
感的性能和整个电路的稳定性至关重要。
首先，对于共模电感的走线布局，需要考虑电感的位置和连接。
在PCB布局中，应尽量将共模电感与其他信号线隔离，以减少干扰。
同时，共模电感的两个端子应尽量靠近需要进行共模抑制的信号源
和接收器，以最大程度地提高抑制效果。
其次，需要考虑走线的长度和走线方式。
对于共模电感的走线，应尽量缩短走线长度，减少走线的环路面积，以减小共模电感的感
受面积，从而减少干扰。
此外，采用宽一些的走线，可以降低走线
的电阻和电感，有利于减小共模电感对信号的影响。
此外，还需要考虑共模电感与其他元件的布局关系。
在PCB设
计中，应尽量避免共模电感与高频元件或其他可能产生干扰的元件
靠得太近，以免相互影响，影响整个电路的性能。
最后，对于共模电感的走线布局，还需要考虑接地。
良好的接地设计可以有效减少共模电感的干扰，因此在PCB设计中，应合理规划接地，确保共模电感的接地连接良好，减少共模干扰的影响。
综上所述，对于PCB共模电感的走线布局，需要考虑电感位置和连接、走线长度和方式、与其他元件的布局关系以及接地设计等多个方面，以确保共模电感的性能和整个电路的稳定性。
共模电感设计计算
共模电感设计计算
共模电感是一种用于电路中抑制共模干扰的元件。
在设计共模电感时，我们需要考虑电路的工作频率、信号大小和所需的共模抑制能力。
首先，确定工作频率。
工作频率是指电路中信号的频率，通常以赫兹（Hz）为单位。
在设计共模电感时，需要知道电路中的信号频率，以便选择合适的电感值。
其次，确定信号大小。
信号大小是指电路中的共模信号的幅值。
在设计共模电感时，需要知道共模信号的最大值，以便选择合适的电感值来实现所需的共模抑制能力。
然后，计算所需的共模电感值。
共模电感的值通常以亨利（H）为单位。
可以使用以下公式来计算所需的共模电感值：
L = Vcm / (2πfIm)
其中，L是所需的共模电感值，Vcm是共模信号的幅值，f是工作频率，Im是电路中的最大共模电流。
最后，选择合适的共模电感。
根据计算所得的共模电感值，选择最接
近的标准电感值来实现所需的共模抑制能力。
在选择电感时，还需考虑电感的最大电流承受能力和尺寸限制。
总结起来，设计共模电感需要确定工作频率和信号大小，然后使用公式计算所需的共模电感值，并选择合适的标准电感来实现所需的共模抑制能力。
共模电感的工作原理与设计
共模电感的工作原理与设计共模电感是电感的一种特殊形式，它具有类似于普通电感的电感性质，同时还能阻止共模信号通过。
共模电感在电子电路中起到抑制共模噪声的作用，提高信号质量。
1.电磁感应：当通过共模电感的两个导线中流过的电流方向相同时（即共模模式），会形成一个磁场。
这个磁场会导致导线中的电流方向相同，产生感应电动势。
2.感应电动势：感应电动势产生的目的是阻碍共模信号通过，从而抑制共模噪声。
共模电感的设计初衷是使产生的感应电动势尽可能大，从而能有效地阻止共模信号通过。
3.互感：共模电感的两个线圈之间会产生一定的互感，通过调整线圈的匝数、形状和位置等参数，可以改变共模电感的特性。
设计共模电感时，需要考虑以下几个因素：1.线圈的材料和大小：线圈的大小和材料会影响共模电感的特性。
线圈的材料一般选用导磁性能较好的材料，如铁氧体等。
线圈的大小一般根据电路的需求确定，过小会影响共模电感的效果，过大则会增加电路的体积和成本。
2.匝数：线圈的匝数也是影响共模电感的重要因素。
匝数的多少会影响感应电动势的大小。
一般来说，匝数越多，感应电动势越大，共模信号的抑制效果越好。
3.线圈的构造：线圈的形状和结构也会影响共模电感的效果。
合理的线圈结构能提高共模电感的工作效率和性能。
一般常用的线圈结构有圆柱形、长方形等。
4.线圈的位置：线圈的位置也会影响共模电感的效果。
位置的选择应该根据具体的电路需求来确定，一般来说，距离电源或信号源较近的位置可以增加共模电感的效果。
综上所述，共模电感通过电磁感应的原理，产生感应电动势阻止共模信号通过，从而提高信号质量。
设计共模电感时需要考虑线圈的材料、大小、匝数、构造和位置等因素，以达到最佳的抑制共模噪声的效果。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
共模电感设计
1.前言
近年来，由于政府机构或其他团体对EMC（电磁兼容）日益重视，工程师们在设计产品时亦是非常注意产品的辐射问题。
特别值得一提的是：直流变换器很高的开关频率及尖峰脉冲斜波就是一典型的EMI（电磁干扰）。
共模电感就是一个重要的抗电磁干扰零件，它可以在一宽频条件下提供非常高的阻抗。
大多数EMI滤波器主要部件就是一共模电感。
在此文中，主要介绍共模电感的设计及磁芯选材问题。
2.基本的共模
开关电源有两种噪声：一为共模，另一为差模。
与输入信号的路径相同的噪声称之为差模噪声，而每相相同的从接地到输出的尖峰信号称之为共模噪声。
（详见图1A和1B)
一典型抗电磁干扰滤波器包含共模电感，差模电感及X,Y电容。
Y电容和共模电感使共模噪声衰减。
在高频噪声时，电感呈现高阻抗特性，并且反射和吸收噪声。
然而电容呈低阻抗（至接地）且改变主线的噪声方向。
（见图2）
共模电感两绕组圈数是相同的，产生两大小相等方向相反的磁通量。
此两磁通相互抵消。
因此使磁芯处于无偏磁状态。
差模电感只有一个绕组，需要磁芯提供一完全无饱和线性电流。
此与共模电感有较大的不同。
为防止磁饱和，差模电感必须使用一低的有效磁导率的磁芯（有气隙的铁氧体或铁粉磁芯）。
然而，共模电感可以使用一较高的磁导率磁芯且在磁芯相对小的条件下可得到一比较高的电感。
3.磁芯选材
首先，噪声是由开关电源的单位基频所产生的，再加上高频谐波。
也就是表示噪声在1 0KHz到50MHz范围内都会存在。
为此，电感必须有更宽的频率范围内存在高阻抗特性。
共模电感的总阻抗由两部分组成：串联感抗（Xs)和串联电阻（Rs)。
在低频时，阻抗呈感抗特性。
但随着频率的增加，有效磁导率下降，感抗亦在下降。
（见图3）由串联感抗（X s)和串联电阻（Rs)的相互作用，在整个频宽内产生一可接受的阻抗（Zs)。
对于大多数产品来讲，共模电感的磁芯都选用铁氧体（镍锌系和锰锌系）。
镍锌系磁芯的特点是具有较低的初磁导率，但在非常高的频率（大于100MHz)时，仍能保持初磁导率。
而锰锌系则恰恰相反，其具有很高的初磁导率，但在频率很低（20KHz)时，磁导率可能会衰减。
由于镍锌系磁芯有很低的初磁导率，所以在低频时，不可产生高阻抗特性。
然而锰锌系磁芯在低频时，能提供非常高的阻抗特性，且非常适用于10KHz到50MHz的抗电磁干扰。
基于此，本文只集中讨论锰锌系磁芯。
锰锌系磁芯有很多种形状：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。
主要是有以下两种好处：
第一：环形磁芯比较便宜。
因为环形只有一个就可制作，而其他形状的磁芯必须有一对才能构成共模电感所需，且在成型时，因考虑两磁芯的配对问题，还须增加研磨工序（如镜面磁芯）才能得到较高的磁导率。
对于环形磁芯却不需如此。
第二：与其它形状磁芯相比环形磁芯有较高的有效磁导率。
因为两配对磁芯在装配时，无论怎样作业都不可消除气隙的现象，故有效磁导率比只有单一封闭形磁芯要低。
环形磁芯有一缺点：绕线成本较高。
因其他形状磁芯有一配套线架在使用，绕线都可以机器作业，而环形磁芯只可以手工作业或机器（速度较低）作业。
但通常情况下，共模电感圈数较少（小于30圈），故绕线成本比较少。
基于上述原因，下面的共模电感都是对使用环形磁芯的叙述。
4.设计考虑
共模电感设计所需的基本参数为：输入电流，阻抗及频率。
输入电流决定了绕组所需的线径。
在计算线径时，电流密度通常取值为400A/cm3。
但此取值须随电感温升的变化。
通常情况下，绕组使用单根导线作业，这样可削减高频噪声及趋肤效应损失。
共模电感的阻抗在所给的频率条件一般规定为最小值。
串联的线性阻抗可提供一般要求的噪声衰减。
但很不幸，线性阻抗有相当少的人知道，因此设计人员经常以50W线性阻抗稳定网络仪来测试共模电感，并渐渐成为一种标准测试共模电感性能的方法。
但所得的结果与实际通常有相当大的差别。
实际上，共模电感在正常时角频首先会产生每八音度增加-6dB衰减（角频是共模电感产生-3dB)的频率此角频通常很低，以便感抗能够提供阻抗。
故电感可以用下式来表达：
Ls=Xx/2πf (1)
电感大家都知道，但值得一提的是，设计时须注意磁芯，磁芯材质及所需的圈数。
首先，设计第一步是磁芯型号的选取，如果有规定电感空间，我们就按此空间来选取合适的磁芯型号，如没有规定，通常磁芯型号的随意选取；
第二步是计算磁芯所能绕最大圈数。
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。
双层及堆积绕组亦有偶尔使用，但此种作法会提高绕组的分布电容及降低电感的高频性能。
由于铜线的线径已由线性电流的大小所决定，内圆周长可以由磁芯的内圆半径减去铜线半径计算得来。
故最大圈数的就可以铜线加绝缘的线径及每个绕组所占据的圆周来计算。
5.设计案例
要求：在工作频率为10KHz，输入线性电流为3A(RMS)时，阻抗为100 欧的共模电感。
1）选取线径
铜线截面积=3A/400A/cm2=0.0075cm2
铜线线径=2
=0.98mm
取铜线线为1.0mm
2)计算最小电感值
3)假如无指定空间，任取一磁芯
内径（ID)=13.72+/-0.38=13.34mm MIN
4)计算内圆周长和最大可绕圈数
内圆周长=3.14×(13.34-1.08)=38.5mm
最大圈数=（160/360)×38.5/1.08=15.8TS或16TS
5）计算磁芯的AL值，并选取材质
磁芯的AL最小值=1.59/162=6211nH/TS2MIN
因此种磁芯AL值变化范围一般为+/-30%故磁芯的AL值取9000nH/TS2，以上述条件，即可选取一合适磁芯。
6.总结
共模电感的设计看起来十分简单，但实际上，它还有点复杂。
为了防止磁芯饱和时，必须考虑温度及应力等等因素。
但如果对磁芯材料特性比较了解，此问题就不难解决。
此文只是介绍了共模电感基本的设计方法，希望对大家有一定的帮助并能提供其它的参考意见！。