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智能伺服变压器: 共模电感如何抑制共模信号

2018-07-21 08:54:55 德州信平电子有限公司 阅读


目前已经知道共模信号是两个幅度相等、相位相同的信号,共模信号一般来自电网,共模信号会影响电路板的正常工作,也会以电磁波的形式干扰周围环境。

 

既然是用电感来抑制共模信号,那么这肯定和磁场相关。先来介绍通电螺线感,产生的磁场的方向(对于项目应用而言,有些场合比如抑制共模信号而言,不太需要定量的计算,电感产生的磁场以及磁通量的大小,感兴趣的童鞋,这里推荐一本书可以参考,<<开关电源中磁性元器件>>赵修科老师)。对于通电螺线管的磁场方向判断方法为,右手握住螺管,四指指向电流方向,则拇指指向就是磁场方向。接下来介绍一个重要的名词,即磁通。垂直通过一个截面的磁力线总量称为该截面的磁通量,简称磁通。磁力线是通电螺线管产生的,是实际存在的,只是看不见也摸不着,磁力线是一个闭和的回路,对于通电螺线管,磁力线都要经过螺线管内部,磁力线是与磁感应强度B成正比的。如图3所示为通电螺线管产生磁力线的示意图。

 

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图3 螺线管磁力线

 

如图4所示为,穿过某一截面的磁通

 

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图4 穿过截面的磁通

 

磁通量用F表示,是一个标量,单位为韦伯,代号Wb。磁通量和磁感应强度B以及截面积A的关系为:

 F=BA

 

从关系式可以看出,穿过横截面的磁力线越多,磁通量就越大。对于绕在磁芯上的线圈,在其上通电流i,则线圈的电感L可以表示为:

 

L=NF/i

 

N为线圈匝数。

 

N为线圈匝数。

到此为止,通过上述的简要概述,可以知道,绕在磁芯上的线圈在匝数和电流不变时,磁芯中穿过的磁力线越多,那么磁通量就越大,则相对应的电感量也越大。电感天生的作用就是阻止流过其上电流的变化,其实质是阻止其磁通量的变化。这就是利用共模电感来抑制共模电流的基本原理。

 

 如图5所示为,共模电流在共模电感上产生的磁感应强度,电流I1产生的磁感应强度为B1,电流I2产生的磁感应强度为B2,两条黄色箭头分别表示电流I1和I2在铁氧体中产生的磁力线,可以看出电流I1和I2产生的磁力线是相加的,故磁通也是相加的,那么电感量就是相加的,电感量越大,对电流的抑制能力就越强。

 

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图5共模电流在共模电感上的磁通分布

 

对于共模电感如何抑制共模电流用一句话可以解释,即共模电感上流过共模电流时磁环中的磁通相互叠加,从而具有相当大的电感量,对共模电流起到抑制作用。

 

当两个线圈流过差模电流时,铁氧体磁环中的磁力线相反,导致磁通相互抵消,几乎没有电感量,所以差模信号可以基本无衰减的通过(考虑到电感本身具有一定的电阻)。所以不仅对于开关电源的输入滤波器加共模电感,在走差分信号线时也可以加上共模电感来抑制共模电流,以防止电路误触发等现象。


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