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什么是电感_共模电感和差模电感的区别

1已有 26 次阅读  2018-03-08 12:21
  什么是电感

  电感(inductance)是闭合回路的一种属性,即当通过闭合回路的电流改变时,会出现电动势来抵抗电流的改变。这种电感称为自感(self-inductance),是闭合回路自己本身的属性。假设一个闭合回路的电流改变,由于感应作用而产生电动势于另外一个闭合回路,这种电感称为互感(mutual inductance)。

  电感以方程式表达为u=Ldi/Dt;

  其中, u是电动势, L是电感, i是电流, t是时间。

电感

  电感对交流电是有阻碍作用的。在交流电频率一定的情况下,电感量越大,对交流电的阻碍能力越大,电感量越小,其阻碍能力越小。另,在电感量一定的情况下,交流电的频率越高,电感对交流电的阻碍能力也越大,频率越低,电感对交流电的阻碍能力越小。也就是说,电感有阻止交流电通过而让直流电通过的特性。

  理想中的电感是一个纯净的电感,它没有电容的成份可让交流电通过,也没有电阻可让直流电通过,也没有损耗,那么不论它的电感量大小,都可以完全阻止交流电的通过。

  但这样的电感是没有的。也正因为如此,电感才得到了应用。我们可以把电感用在整流电路中,因为,我们想要得到一个功率强大的直流电源,就必须利用整流电路把交流电变为我们需要的直流电。又因为整流出来的直流电并不是纯净的直流电,它含有很大的交流成份,这是我们不希望的,所以我们就可以把电感串接在整流电路中,整流出来的直流电经过电感以后,交流成份就大为减少了。而直流成分可以通过电感的电阻传到负责上去。

  由此可见,交流电通过电感以后,幅度变小了,幅度变小的那部分没到哪里去,只是被阻止了,也什么也变。

  由于成本的原因,电感不可能做的很大,所以电感对交流电的阻止能力也是有限的,从电感输出来的直流电还是有一些交流成份,对这一部分我们所不希望有的交流成份,我们可以在电感输出电路的后面再并接一个较大的电容,利用电容能隔断直流、通过交流的特性,就可以把我们不希望的交流成份滤除掉。

共模电感和差模电感的区别

共模电感和差模电感的区别

共模电感和差模电感的电路图

  1、骚扰电磁场在线-线之间产生差模电流,在负载上引起干扰,这就是差模干扰;骚扰电磁场在线-地之间产生共模电流,共模电流在负载上产生差模电压,引起干扰,这就是共模的地环路干扰。

  2、抑制共模干扰的滤波电感叫共模电感;抑制差模干扰的滤波电感叫差模电感。

  3、共模电感是双线双向;差模电感是单向的。

  4、共模电感是绕在同一铁心上的圈数相等、导线直径相等、绕向相反的两组线圈;差模电感是绕在一个铁心上的一个线圈。

  5、共模是两个绕组分别接在零线和火线上,两个绕组同进同出,滤除的是共模信号;差模是一个绕组 单独接在零线和火线上的滤波电感器只能滤除差模干扰。

  6、共模信号: 分别在零线和火线上的两个完全相同的信号 他们都通偶合和地形成回路;差模信号:是和有用信号同样的回路

  7、共模电感的特点是:由于同一铁心上的两组线圈的绕向相反,所以铁心不怕饱和。市场上用的最多的磁芯材料是高导铁氧体材料。

  差模电感的特点是应用在大电流的场合。由于一个铁心上绕的一个线圈,当流进线圈的电流增大时,线圈中的铁心会饱和,因此市场上用的最多的铁心材料是金属粉心材料。特别是铁粉心材料(由于价格便宜)。


共模电感和差模电感的区别

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。
理论知识
    小知识:EMI(Electro Magnetic Interference,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,影响其他的电子设备正常工作。
    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。

    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——在线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。
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。
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。
UU9.8共模电感

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