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教程:共模扼流器或電感的原理 如何抑制共模噪聲

2022-12-24
來源:電子工程師筆記
關鍵詞: 共模電流 共模電感

  區別于常見的電感有四個導線稱之為共模電感

  ▎抑制共模噪聲

  抑制共模噪聲的方法多種多樣,除了從源頭去減少共模噪聲外,通常我們抑制最常用的方法就是使用共模電感來濾除共模噪聲,也就是將共模噪聲阻擋在目標電路外面。即在線路中串聯共模扼流器件。   這樣做的目的是增大共模回路的阻抗,使得共模電流被扼流器所消耗和阻擋(反射),從而抑制線路中的共模噪聲。

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  ▎共模扼流器或電感的原理

  若在以某種磁性材料的磁環上繞上同向的一對線圈,當交變電流通過時,因為電磁感應而在線圈中產生磁通量。   對于差模信號,產生的磁通量大小相同、方向相反,兩者相互抵消,因而磁環產生的差模阻抗非常小;   而對于共模信號,產生的磁通量大小和方向均相同,兩者相互疊加從而使磁環產生了較大的共模阻抗。 這一特性使得共模電感對于差模信號的影響較小,而對共模噪聲具有很好的濾波性能。

  通俗的總結: 因為楞次定律(Lenz's law),共模電感這種連接下,兩條線互感形成的磁通是同一方向。 交變電流形成的磁場與磁鐵的固有磁場形成對抗,相互抑制,才能實現濾波功能。     1) 共模電流通過共模線圈,磁力線方向相同,感應磁場加強,從如下圖磁力線方向可以看出—實線箭頭表示電流方向,虛線表示磁場方向

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  對于共模線圈或者共模電感,當共模電流流過線圈時,由于磁力線方向相同,在不考慮漏感的情況下,磁通量疊加,其原理是互感。   下圖紅色線圈產生的磁力線穿過藍色線圈,同時藍色線圈產生的磁力線也穿過紅色線圈,彼此相互感應。

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  從電感的角度來看,電感量也是成倍增加,磁鏈代表了總磁通量。對于共模電感,當磁通量是原來的2倍時,匝數沒有發生變化,電流也沒有發生變化,此時電感量增加為原來的2倍,意味著等效磁導率變為原來的2倍。

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  等效磁導率何以增加一倍,從下面的電感公式來看,由于匝數N不改變、磁路和磁芯截面積由磁芯的物理尺寸決定,因此也沒有改變,唯一就是磁導率u增加了一倍,因而可以產生更多的磁通量。  

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所以,共模電感在共模電流通過時,工作在互感模式下。   在互感的作用下,等效電感量被成倍增加,共模感抗也會成倍增加,因而對共模信號有良好的濾波作用,也就是將共模信號用大阻抗阻擋,不讓其通過共模電感,即不讓此信號傳輸到電路的下一級,如下是電感產生的感抗ZL。

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  ZL= ωL = 2πfL ,ZL 就是感抗,單位為歐姆 ,ω 是交流發電機運轉的角速度,單位為弧度/秒,f 是頻率,單位為赫茲 ,L 是線圈電感,單位為亨利。



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