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五月 11 2020

什么是共模电感?

  共模电感(Common mode Choke),也叫共模扼流圈,是一种用于滤除共模干扰信号的EMC常用元器件之一。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。

共模电感

共模电感

  1.理论知识

  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。

  2.特性

  共模电感具有极高的初始导磁率,在地磁场下具有大的阻抗和插入损耗,对若干扰具有极好的抑制作用,在较宽的频率范围内呈现出无共振插入损耗特性。

  (1)高初始导磁率:是铁氧体的5-20倍,因而具有更大的插入损耗,对传导干扰的抑制作用远大于铁氧体。

  (2)高饱和磁感应强度:比铁氧体高2-3倍。在电流强干扰的场合不易磁化到饱和。

  (3)卓越的温度稳定性:较高的居里温度,在有较大温度波动的情况下,合金的性能变化率明显低于铁氧体,具有优良的稳定性,而且性能的变化接近于线性。

  (4)灵活的频率特性:而且更加灵活地通过调整工艺来得到所需要的频率特性。通过不同的制造工艺,配合适当的线圈炸熟可以得到不同的阻抗特性,满足不同波段的滤波要求,使其阻抗值大大高于铁氧体。

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