共模电感,又常被称为双向磁环电感,其结构独特,由封闭式磁环上以相同圈数向对称方向绕制而成。这种电感设计在理想状态下,对于l(或n)与e之间的共模干扰具有显著的抑制效果,同时对l与n之间的差模干扰则无明显的电感作用。在实际应用中,由于绕组的不完全对称性,会导致出现差型漏电感。当两个绕组中的信号电流或电源电流方向相反时,它们产生的磁通量会相互抵消,从而使得电线圈呈现低阻力状态。相对地,当共模噪声电流(包括由地环引发的骚扰电流,也称作纵向电流)通过两个绕组时,由于方向一致,产生的磁通量会同向增加,导致扼流圈阻抗升高,从而有效抑制共模噪声。
从本质上看,共模扼流圈是一种高效的双向滤波器。它不仅能够过滤信号线上的共模干扰,同时还能有效抑制设备向外发射的电磁干扰,确保其他电子设备在相似的电磁环境中能够正常运作。
值得一提的是,共模扼流圈对差模信号的传输并不构成障碍。直流差模信号以及低频差模信号可以顺利通过,对于高频共模噪声,其阻抗显著增大,起到了阻抗器的作用,因此能够有效地抑制共模电流的骚扰。
关于共模扼流圈的工作原理及插入损耗特性:
1. 工作原理:共模电感阻抗圈是开关电源、变频器、UPS等电力供应系统的关键组件。当工作电流流经两个相反方向的线圈时,会产生两个相互中和的磁场H1和H2。在此过程中,工作电流主要受到线圈欧姆电阻的阻尼影响,而工作频率则被视为次要因素。相反,若有干扰信号流经线圈,线圈将展现出高阻抗特性,产生强烈的阻尼效应,从而使干扰信号显著衰减。
2. 插入损耗特性:共模扼流圈的插入损耗特性是通过测量其在干扰频谱中的阻抗特性来确定的。在0.01至1MHz的频率范围内,阻抗主要由线圈电感L决定;在1至10MHz的频率范围内,阻抗则主要依赖于线圈的分布电容CK。当频率超过10MHz时,阻抗与绕组电容器、主电路电感器、漏电感器以及磁铁和铜损伤所组成的并联电路的等效阻抗(ZS)密切相关。
关于漏感和差模电感:在理想的电感模型中,当线圈被绕制时,所有的磁通都会集中在线圈的中心。在实际操作中,由于环形线圈并未完全绕满且未紧密绕制,导致磁通泄漏成为常态。共模电感具有两个线圈,其间存在的较大间隙导致了磁通的泄漏,进而形成了差模电感。这意味着共模电感在某种程度上也具备差模干扰的抑制能力。
漏感亦可被用于滤波器设计中。例如,在普通滤波器的构造中,仅安装一个共模扼流圈,利用其漏电感产生适量的差模扼流效果,从而有效地抑制差模电流。在某些情况下,为了达到更好的滤波效果,会人为地增强共模扼流圈的漏电感和差模电感。