開關電源共模電感計算其實并不難！

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開關電源共模電感計算其實并不難！

正常工作的開關類電源（SMPS）會產生有害的高頻噪聲，它能影響連接到相同電源線上的電子設備像計算機、儀器和馬達控制。用一個EMI濾波器插入電源線和SMPS之間能消除這類干擾（圖1）。一個差模噪聲濾波器和一個共模噪聲濾波器能夠串聯或在許多情況下
單獨使用共模噪聲濾波器。

圖一、EMI濾波器的插入

一、電感器的分類

電感器以其應用環境、產品結構、形狀、用途等可分為不同種類，通常電感器設計是以用途及應用環境作為出發點而開始的。在開關電源中以其用途不同，電感器可分為：
共模濾波電感器（Common Mode Choke）
常模濾波電感器（Normal Mode Choke）
功率因數校正電感（Power Factor Correction - PFC Choke）
交鏈耦合電感器（Coupler Choke）
儲能平波電感（Smooth Choke）
磁放大器線圈（MAG AMP Coil）
共模濾波電感器因要求兩線圈具有相同的電感值，相同的阻抗等，故該類電感均采用對稱性設計，其形狀多為TOROID、UU、ET等形狀。

二、共模電感的工作原理

共模濾波電感器又稱共模扼流線圈（以下簡稱共模電感或CM.M.Choke）或Line Filter。
在開關電源中，由于整流二極管和濾波電容以及電感中的電流或電壓急劇變化，產生電磁干擾源（noise），同時輸入電源中也存在工頻以外的高次諧波噪聲，這些干擾若不加以扼制，將對負載設備或開關電源本身造成損害，因此若干國家之安規機構對電磁干擾（EMI）發射量均作出了相應的管制規定。當前開關電源的開關頻率日趨高頻化EMI也隨之日益嚴重，所以開關電源中均須設置EMI濾波器，EMI濾波器需對常模及共模噪聲均作出相應的抑制，以達到某一規定標準。常模濾波器負責濾出輸入或輸出端兩根線間之差模干擾信號，共模濾波器負責濾出兩條入線之共模干擾信號。實際共模電感因其工作環境不同，又可分為AC CM.M.CHOKE；DC CM.M.CHOKE和SIGNAL CM.M.CHOKE三種，在設計或選用時應于以區分。但其工作原理完全相同，工作原理如圖（1）所示：

圖1共模電感的作用
如圖所示，在同一磁環上繞上兩組方向相反的線圈，據右手螺旋管定則可知，當在輸入端A、B兩端加上極性相反，信號幅值相同的差模電壓時，有實線所示的電流i2，在磁芯中產生實線所示的磁通Φ2，只要保證兩繞組完全對稱，則磁芯中兩不同方向之磁通相互抵消。總磁通為零，線圈電感幾乎為零，對常模信號無阻抗作用。若在輸入端A、B兩端加上極性相同，幅值相等的共模信號時，有虛線所示的電流i1，在磁芯中產生虛線所示的磁通Φ1，則磁芯中磁通有相同的方向而互相加強，使每一線圈的電感值為單獨存在時的兩倍，而XL =ωL，因此，此一繞法的線圈對共模干擾有很強的抑制作用。
實際的EMI濾波器由L、C組合而成，設計時也常常將差模與共模抑制電路組合在一起（如圖2），因此，設計時需依據濾波電容的大小以及所需符合的安規標準作出電感值的決定。
圖中L1、L2、C1構成常模濾波器，L3、C2、C3構成共模濾波器。

圖2 EMI濾波器電路

三、開關電源中共模電感的設計實例
在工作頻率為10KHz，輸入線性電流為3A(RMS)時，阻抗為100 歐的共模電感。
1）選取線徑
銅線截面積=3A/400A/cm2=0.0075cm2
銅線線徑 =0.98mm
取銅線線為1.0mm
2)計算最小電感值

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3)假如無指定空間，任取一磁芯內徑（ID)=13.72+/-0.38=13.34mm MIN
4)計算內圓周長和最大可繞圈數
內圓周長=3.14×(13.34-1.08)=38.5mm
最大圈數=（160/360)×38.5/1.08=15.8TS或16TS
5）計算磁芯的AL值，并選取材質
磁芯的AL最小值=1.59/162=6211nH/TS2MIN
因此種磁芯AL值變化范圍一般為+/-30%。故磁芯的AL值取9000nH/TS2，以上述條件，即可選取一合適磁芯。
1.08是漆包線的外徑，加了絕緣層和預留量，160是繞線的分布度數，160/360也就是說一個線包的分布范圍是160度。