在
开关电源的设计中,
共模电感是一个关键的
电子元件,它常被连接在开关电源的交流一侧。然而,很多人虽然对共模电感并不陌生,但对于它为何要接在交流一侧,可能并没有深入理解。接下来,我们将详细探讨共模电感的作用、原理以及它在开关电源交流侧的应用原因。
共模电感的作用与原理
共模电感是以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件。它由两个尺寸相同、匝数相同的
线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上,形成一个四端器件。对于插件电感,常见的形状有 UU 型、EE 型以及环型等。
共模电感对交流电流起着阻碍的作用。在交流电频率一定的情况下,电感量越大,其对交流电阻碍能力越大;相反,电感量小其阻碍能力也小。它在电路中主要抑制的是共模信号,共模电感的电感值可以用电桥来测量。

共模信号是指在两条信号线中幅度相等、相位相同的信号。当共模电流流经共模电感时,由于两个线圈的绕制方向相同,共模电流会在线圈内产生同向的磁场,从而增大线圈的感抗,使线圈表现为高阻抗,产生较强的阻尼效果,进而衰减共模电流,达到抑制干扰的目的。

共模电感在开关电源中的应用
共模电感有时也被称为共模扼流圈,因其主要作用是抑制干扰,所以在开关电源电路中应用广泛。它常与其他元件构成各种滤波器,用于对电磁干扰(EMI)进行滤波,抑制各种高速信号产生的电磁波向外发射。
在开关电源电路中,有一组并行线路。当正常信号通过时,由于正常信号通常是差模信号(两条信号线中幅度相等、相位相反的信号),在共模电感的两个线圈中产生的磁场相互抵消,所以正常信号基本不受影响。但当有共模电流流经时,共模电感会发挥其抑制作用,衰减共模电流。
共模电感接在开关电源交流一侧的原因

从开关电源前级部分原理图可以看到,L1 为共模电感。共模信号产生的噪声是对地噪声,是两根线分别对地的噪声。开关电源在工作时,交流输入侧容易受到外界电磁干扰的影响,产生共模噪声。将共模电感接在交流一侧,可以在噪声进入开关电源内部之前,就对其进行有效的抑制。
此外,开关电源内部的开关器件在高频开关过程中也会产生共模噪声,这些噪声可能会通过交流输入线反馈到电网中,对其他设备造成干扰。将共模电感接在交流一侧,可以阻止开关电源内部产生的共模噪声向外传播,起到隔离和滤波的作用,满足电磁兼容性(EMC)的要求。
共模电感的选型与设计要点
在实际应用中,选择合适的共模电感对于开关电源的性能至关重要。需要考虑的因素包括电感量、额定电流、直流电阻、频率特性等。电感量的大小直接影响对共模噪声的抑制能力,但电感量过大可能会导致体积增大、成本增加以及正常信号的衰减。额定电流应根据开关电源的实际工作电流来选择,确保共模电感能够承受正常工作时的电流。直流电阻会影响共模电感的功率损耗,应尽量选择直流电阻小的共模电感。此外,不同的应用场景对共模电感的频率特性也有不同的要求,需要根据具体情况进行选择。
在设计开关电源时,还需要注意共模电感的安装位置和布线。应尽量将共模电感靠近交流输入端口,减少噪声传播的路径。同时,布线要合理,避免共模电感与其他元件之间产生相互干扰。