1 共模电感原理
在介绍共模电感之前先介绍扼流圈，扼流圈是⼀种⽤来减弱电路⾥⾯⾼频电流的低阻抗线圈。为了提⾼其电感扼流圈通常有⼀软磁材料制的核⼼。共模扼流圈有多个同样的线圈，电流在这些线圈⾥反向流，因此在扼流圈的芯⾥磁场抵消。共模扼流圈常被⽤来压抑⼲扰辐射，因为这样的⼲扰电流在不同的线圈⾥反向，提⾼系统的EMC。对于这样的电流共模扼流圈的电感⾮常⾼。共模电感的电路图如图1所⽰。 共模信号和差模信号只是⼀个相对量，共模信号⼜称共模噪声或者称对地噪声，指两根线分别对地的噪声，对于开关电源的输⼊滤波器⽽⾔，是零线和⽕线分别对⼤地的电信号。虽然零线和⽕线都没有直接和⼤地相连，但是零线和⽕线可以分别通过电路板上的寄⽣电容或者杂散电容⼜或者寄⽣电感等来和⼤地相连。差模信号是指两根线直接的信号差值也可以称之为电视差。 假设有两个信号V1、V2
共模信号就为（V1+V2）/2
差模信号就为：对于V1 （V1-V2）/2；对于V2 -（V1-V2）/2
共模信号特点：幅度相等、相位相同的信号。
万利达电视电脑一体机差模信号特点：幅度相等、相位相反的信号。
如图2所⽰为差模信号和共模信号的⽰意图。
图2差模信号和共模信号⽰意图
2 差模噪声和共模噪声主要来源
对于开关电源⽽⾔，如果整流桥后的储能滤波⼤电容为理想电容，即等效串联电阻为零（忽略所有电容寄⽣参数），则输⼊到电源的所有可能的差模噪声源都会被该电容完全旁路或解耦，可是⼤容量电容的等效串联电阻并⾮为零。因此，输⼊电容的等效串联电阻是从差模噪声发⽣器看进去的阻抗Zdm的主要部分。输⼊电容除了承受从电源线流⼊的⼯作电流外，还要提供开关管所需的⾼频脉冲电流，但⽆论如何，电流流经电阻必然产⽣压降，如电容的等效串联电阻，所以输⼊滤波电容两端会出现⾼频电压纹波，⾼频⾼压纹波就是来⾃于差模电流。它基本上是⼀个电压源（由等效串联电阻导致的）。理论上，整流桥导通时，该⾼频纹波噪声应该仅出现在整流桥输⼊侧。事实上，整流桥关断时，噪声会通过整流桥⼆极管的寄⽣电容泄露。
⾼频电流流⼊机壳有许多偶然的路径。当开关电源中的主开关管的漏极⾼低跳变时，电流流经开关管与散热器之间的寄⽣电容（散热器连接⾄外壳或者散热器就是外壳）。在交流电⽹电流保持整流桥导通时，注⼊机壳的噪声遭遇⼏乎相等的阻抗，因此等量流⼊零线和⽕线。因此，这是纯共模噪声。
泥土样本3 共模电感如何抑制共模信号
改锥头
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。
图3 螺线管磁⼒线
桌上冲床
如图4所⽰为，穿过某⼀截⾯的磁通
变压器油罐
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。
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。
u型卡子
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。
4共模电感选取
根据共模电感的额定电流、直流电阻以及额定频率下阻抗值要求，可以按步骤进⾏设计：
1 根据阻抗值计算最⼩电感值
2 选择共模电感磁芯材料以及磁芯尺⼨
3 确定线圈匝数
4 选择导线
共模电感最⼩电感值计算公式：
Xl为频率为f时的阻抗值
扼流圈电感值是⽤负载（单位： Ohms）除以信号开始衰减时的⾓频率或以上频率。例如，在50Ω的负载中，当频率达到 4000 Hz 或以上时信号开始衰减，则需要使⽤ 1.99 mH（50/2π×4000））的电感。其相应的共模滤波器构造，如下图6所⽰：
选择所需滤波的频段，共模阻抗越⼤越好，因此在选择共模电感时需要看器件资料，主要根据阻抗频率曲线选择。
电感量计算出来后和普通设计电感⼀样，在此就不详细展开。
⾃⼰在绕制电感时要注意些事项，
1）绕制在线圈磁芯上的导线要相互绝缘，以保证在瞬时过电压作⽤下线圈的匝间不发⽣击穿短路。
2）当线圈流过瞬时⼤电流时，磁芯不要出现饱和。
3）线圈中的磁芯应与线圈绝缘，以防⽌在瞬时过电压作⽤下两者之间发⽣击穿。
4）线圈应尽可能绕制单层，这样做可减⼩线圈的寄⽣电容，增强线圈对瞬时过电压的⽽授能⼒
共模电感磁芯的选取磁芯时，形状尺⼨、适⽤频段、温升以及价格都要考虑，常⽤的磁芯为U型、E型和环形。
相对⽽⾔，环形磁芯⽐较便宜，因为环形只有⼀个就可制作。⽽其他形状的磁芯必须有⼀对才能为共模电感所⽤，且在成型时，考虑两磁芯的配对问题，还须增加研磨⼯序才能得到较⾼的磁导率，对于环形磁芯却不需如此；与其它形状磁芯相⽐环形磁芯有较⾼的有效磁导率，因为两配对磁芯在装配时，⽆论怎样作业都不可消除⽓隙的现象，故有效磁导率⽐单⼀封闭形磁芯要低。但环形磁芯绕线成本较⾼，因其他形状磁芯有⼀配套线架在使⽤，绕线可以机器作业，⽽环形磁芯只可以⼿⼯作业或机器（速度较低）作业；且磁环孔径⼩，机器难以穿线，需要⼈⼯去绕，费时费⼒，加⼯成本⾼，效率低；安装不便，若是加底座，则成本会上升。综合性能⽐起来，磁环性能较好，价格也较⾼。因为成
本的因素，磁环⼤多⽤在⼤功率的电源上。当然因为体积⼩，对体积有要求的⼩功率电源，可以采⽤磁环磁芯。对于主要作⽤是滤除低频噪声的共模电感，应当选⽤⾼磁导率的锰锌铁氧体磁芯；相反，应该选⽤适⽤于⾼频的镍锌铁氧体磁芯或磁粉芯磁芯。通常适⽤于⾼频的磁芯，因其具有分布式⽓隙，故磁导率相对较低，⼆者不可兼得。不过，与普通电感器不同的是，共模电感的作⽤是对噪声信号形成较⼤的插⼊损耗，以减⼩噪声⼲扰。锰锌铁氧体在⾼频时，虽然其有效磁导率很⼩，但磁芯损耗随频率增加⽽增⼤，对⾼频噪声有较⼤的阻碍作⽤，所以也能减弱⾼频⼲扰，只是效果相对较差。然⽽，较⼤的磁芯损耗会导致磁芯发热，⽽损耗较⼩的磁芯价格也较⾼。
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