共模電感和差模電感

電源濾波器的設計通常可以從共模和差模兩個方面來考慮。共模濾波器的一個重要部分是共模扼流圈，與差模扼流圈相比，共模扼流圈具有很高的電感和小尺寸的顯著優勢。設計共模扼流圈時要考慮的一個重要問題是其漏感，即差模電感。通常，計算漏電感的方法是假設它是共模扼流圈的1%，但實際上它是共模電感的0.5%到4%之間。當設計具有更佳性能的扼流圈時，該誤差的影響不可忽略的。

漏感的重要性

漏感是如何形成的？即使沒有磁芯，緊密纏繞的環形線圈的所有磁通量都集中在線圈的“芯”中。然而，如果環形線圈沒有纏繞或沒有緊密纏繞，磁通量將從鐵芯泄漏。這種效應與匝間的相對距離和螺旋管芯的磁導率成正比。共模扼流圈有兩個繞組，設計這兩個繞組是為了使流經繞組的電流沿線圈鐵芯傳導時方向相反，從而使磁場為零。如果出于安全考慮，鐵芯上的線圈沒有用雙線纏繞，兩個繞組之間會有相當大的間隙，這自然會造成磁通量“泄漏”，也就是說，在所有關注點上磁場并不是真的為零。共模扼流圈的漏感是差模電感。事實上，與差模相關的磁通量需要在某個點離開磁芯。換句話說，磁通量在磁心外形成一個閉環，而不是局限在環形磁心內。

如果鐵芯有差模電感，那么差模電流會導致鐵芯中的磁通量偏離零點，如果偏差太大，磁芯會磁飽和，使共模扼流圈與沒有磁芯的電感基本相同。因此，共模輻射的強度就像電路中沒有扼流圈一樣。

共模扼流圈的差模電感可以這樣測量：將一條支路的兩端短路，然后測量其他支路之間的電感，指示值為共模扼流圈的差模電感。

共模扼流圈概述

設計濾波器時，假設共模和差模相互獨立。然而，這兩個部分并不是真正獨立的，因為共模扼流圈可以提供相當大的差模電感。這部分差模電感可以用離散差模電感來模擬。

為了使用差模電感，在濾波器的設計過程中，共模和差模不應該同時進行，而應該按照一定的順序進行。首先，應該測量并濾除共模噪聲。采用差模抑制網絡，可以去除差模分量，從而可以直接測量共模噪聲。如果共模濾波器的設計使得差模噪聲不同時超過允許范圍，則應測量共模和差模的混合噪聲。因為已知共模分量低于噪聲容限，所以只有差模分量超過標準，這可以通過共模濾波器的差模漏電感來衰減。對于小功率電源系統，共模扼流圈的差模電感足夠解決差模輻射問題，因為差模輻射的源阻抗很小，所以只有很少量的電感才有效。

雖然少量差模電感很有用，但過大的差模電感會使扼流圈磁飽和。根據公式進行簡單計算可以避免磁飽和現象。

用電流原理測量共模扼流圈飽和特性的方法

如果測試人員很小心，他可以使用類似于MIL-STD-461的測試設備來檢查共模扼流圈的飽和特性。該原理的應用如下：測試中使用兩個電流探頭，低頻探頭監測線路電流，高頻探頭只測量共模發射電流。線路電流監控器用作觸發源。然而，使用電流探頭的一個隱患是差模電流衰減是管芯中繞組導線對稱性的函數。如果仔細合理地布置繞組布局，可以獲得約30DB的差模電流衰減。即使達到該衰減值，測量的差模分量也可能超過預期的共模分量值。解決這個問題可以采用以下兩種技術：[敏感詞]，將一個6kHz轉折頻率的高階高通濾波器與示波器串聯（匹配時注意端子阻抗為50）。其次，在每個10μF電容和電源總線之間連接一根導線。為了測量共模輻射，電流探頭應該被夾在這些傳輸很小線路電流的導線附近。

共模扼流圈中的差模和共模磁通

為了快速簡單地介紹共模扼流圈的功能，可以考慮以下討論：“共模扼流圈鐵芯兩側的磁場相互抵消，因此沒有磁通量使鐵芯飽和。”雖然本討論中對共模扼流圈功能的直觀描述是具體的，但本質上并非如此。

參考以下關于麥克斯韋方程的討論：

1. 假設電流密度J產生磁場H，可以得出結論，附近的另一個電流不會抵消或阻止它產生的磁場或電場。

2. 相同的相鄰電流會引起磁場路徑的變化。

3. 在環形共模扼流圈的特殊情況下，可以假設各導線中的差模電流密度相等，方向相反。因此，產生的磁場在環形磁心外圍的總和需要為0，而在外面的總和不能為0！

磁芯的作用就像它在線圈繞組的間隙被分成兩半時的效果。每個繞組在半個環形線圈中產生一個磁場，這意味著穿過空氣的磁場需要形成一個自封閉回路。