共模电感认识

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1、共模电感（Common mode Choke）,也叫共模扼流圈，是在一个闭合磁环上对称 绕制方向相反、匝数相同的线圈。理想的共模扼流圈对L （或N）与E之间的共 模干扰具有抑制作用，而对L与N之间存在的差模干扰无电感抑制作用。但实 际线圈绕制的不完全对称会导致差模漏电感的产生。信号电流或电源电流在两个 绕组中流过时方向相反，产生的磁通量相互抵消，扼流圈呈现低阻抗。共模噪声 电流（包括地环路引起的骚扰电流，也处称作纵向电流）流经两个绕组时方向相 同，产生的磁通量同向相加，扼流圈呈现高阻抗，从而起到抑制共模噪声的作用。 共模电感实质上是一个双向滤波器：一方面要滤除信号线上共模电磁干扰，另一 方面又

2、要抑制本身不向外发出电磁干扰，避免影响同一电磁环境下其他电子设备 的正常工作。共模电感是一个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，要 对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用，而对于差模信号呈现出很小的漏电感 几乎不起作用。原理是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，而当两线圈流过差模电流时，磁环中的磁 通相互抵消，几乎没有电感量，所以差模电流可以无衰减地通过。因此共模电感 在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号，而对线路正常传输的差模信号无影 响。共模电感在制作时应满

3、足以下要求：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。通常情况下，同时注意选择所需滤波的频段，共模阻抗越大越好，因此我们 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。另外选择时注 意考虑差模阻抗对信号的影响，主要关注差模阻抗，特别注意高速端口。一、初识共模电感由于EMC所面临解决问题大多是共模干扰，因此共模电感也是我们常用的 有

4、力元件之一！这里就给大家简单介绍一下共模电感的原理以及使用情况。共模电感是一个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，要 对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用，而对于差模信号呈现出很小的漏电感 几乎不起作用。原理是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，而当两线圈流过差模电流时，磁环中的磁 通相互抵消，几乎没有电感量，所以差模电流可以无衰减地通过。因此共模电感 在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号，而对线路正常传输的差模信号无影响。共模电感在制作时应满足以下要求：1）

5、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。通常情况下，同时注意选择所需滤波的频段，共模阻抗越大越好，因此我们 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。另外选择时注 意考虑差模阻抗对信号的影响，主要关注差模阻抗，特别注意高速端口共模电感（Common mode Choke）,也叫共模扼流圈，常用于电脑的开关电 源中过滤共模的电磁干

6、扰信号。在板卡设计中，共模电感也是起 EMI 滤波的作 用，用于抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射。各种 CMC小知识：EMI（Electro Magnetic Interferenee,电磁干扰）计算机内部的主板上混合了各种高频电路、数字电路和模拟电路，它们工作 时会产生大量高频电磁波互相干扰，这就是EMI。EMI还会通过主板布线或外接 线缆向外发射,造成电磁辐射污染,不但影响其他的电子设备正常工作,还对人 体有害。PC 板卡上的芯片在工作过程中既是一个电磁干扰对象，也是一个电磁干扰 源。总的来说，我们可以把这些电磁干扰分成两类：串模干扰（差模干扰）与共模 干扰（接地干扰）。以主板上的两

7、条PCB走线（连接主板各元件的导线）为例，所谓 串模干扰，指的是两条走线之间的干扰；而共模干扰则是两条走线和PCB地线 之间的电位差引起的干扰。串模干扰电流作用于两条信号线间，其传导方向与波形和信号电流一致；共 模干扰电流作用在信号线路和地线之间，干扰电流在两条信号线上各流过二分之 一且同向，并以地线为公共回路串模干扰和共模干扰如果板卡产生的共模电流不经过衰减过滤（尤其是像USB和IEEE 1394接 这种高速接口走线上的共模电流），那么共模干扰电流就很容易通过接口数据线 产生电磁辐射一在线缆中因共模电流而产生的共模辐射。美国FCC、国际无线 电干扰特别委员会的CISPR22以及我国的GB92

8、54等标准规范等都对信息技术 设备通信端口的共模传导干扰和辐射发射有相关的限制要求。为了消除信号线上输入的干扰信号及感应的各种干扰，我们必须合理安排滤 波电路来过滤共模和串模的干扰，共模电感就是滤波电路中的一个组成部分。共模电感实质上是一个双向滤波器：一方面要滤除信号线上共模电磁干扰， 另一方面又要抑制本身不向外发出电磁干扰，避免影响同一电磁环境下其他电子 设备的正常工作。共模电感内部电路示意图上图是我们常见的共模电感的内部电路示意图，在实际电路设计中，还可以 采用多级共模电路来更好地滤除电磁干扰。此外，在主板上我们也能看到一种贴 片式的共模电感，其结构和功能与直立式共模电感几乎是一样的。贴片

9、 CMC二、从工作原理看共模电感为什么共模电感能防EMI?要弄清楚这点，我们需要从共模电感的结构开始 分析。共模电感滤波电路上图是包含共模电感的滤波电路， La 和 Lb 就是共模电感线圈。这两个线圈 绕在同一铁芯上，匝数和相位都相同（绕制反向）。这样，当电路中的正常电流流 经共模电感时，电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消，此 时正常信号电流主要受线圈电阻的影响（和少量因漏感造成的阻尼）；当有共模电 流流经线圈时，由于共模电流的同向性，会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈 的感抗，使线圈表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果，以此衰减共模电流，达到 滤波的目的。事实上，将这个滤波电路

10、一端接干扰源,另一端接被干扰设备，则La和C1， Lb和C2就构成两组低通滤波器，可以使线路上的共模EMI信号被控制在很低 的电平上。该电路既可以抑制外部的 EMI 信号传入，又可以衰减线路自身工作 时产生的 EMI 信号，能有效地降低 EMI 干扰强度。小知识：漏感和差模电感对理想的电感模型而言，当线圈绕完后，所有磁通都集中在线圈的中心内。 但通常情况下环形线圈不会绕满一周，或绕制不紧密，这样会引起磁通的泄漏。 共模电感有两个绕组，其间有相当大的间隙，这样就会产生磁通泄漏，并形成差 模电感。因此，共模电感一般也具有一定的差模干扰衰减能力。在滤波器的设计中，我们也可以利用漏感。如在普通的滤波器

11、中，仅安装一 个共模电感，利用共模电感的漏感产生适量的差模电感，起到对差模电流的抑制 作用。有时，还要人为增加共模扼流圈的漏电感，提高差模电感量，以达到更好 的滤波效果。三、从看板卡整体设计看共模电感在一些主板上，我们能看到共模电感，但是在大多数主板上，我们都会发现 省略了该元件，甚至有的连位置也没有预留。这样的主板，合格吗?主板上的共模电感（有、无）不可否认，共模电感对主板高速接口的共模干扰有很好的抑制作用，能有效 避免 EMI 通过线缆形成电磁辐射影响其余外设的正常工作和我们的身体健康。 但同时也需要指出，板卡的防 EMI 设计是一个相当庞大和系统化的工程，采用 共模电感的设计只是其中的一

12、个小部分。高速接口处有共模电感设计的板卡，不 见得整体防EMI设计就优秀。所以，从共模滤波电路我们只能看到板卡设计的一个方面，这一点容易被大 家忽略，犯下见木不见林的错误。 只有了解了板卡整体的防 EMI 设计，我们才 可以评价板卡的优劣。那么，优秀的板卡设计在防 EMI 性能上一般都会做哪些 工作呢？主板Layout（布线）设计对优秀的主板布线设计而言，时钟走线大多会采用屏蔽措施或者靠近地线以 降低EMI。对多层PCB设计，在相邻的PCB走线层会采用开环原则，导线从 一层到另一层，在设计上就会避免导线形成环状。如果走线构成闭环，就起到了 天线的作用，会增强EMI辐射强度。信号线的不等长同样会

13、造成两条线路阻抗不平衡而形成共模干扰，因此，在 板卡设计中都会将信号线以蛇形线方式处理使其阻抗尽可能的一致，减弱共模干 扰。同时，蛇形线在布线时也会最大限度地减小弯曲的摆幅，以减小环形区域的 面积，从而降低辐射强度。共模滤波电感器不是电感量越大越好 主要看你要滤除的共模干扰的频率范 围,先说一下共模电感器滤波原理 共模电感器对共模干扰信号的衰减或者说滤 除有两个原理,一是靠感抗的阻挡作用,但是到高频电感量没有了靠的是磁心的损 耗吸收作用;他们的综合效果是滤波的真实效果.当然在低频段靠的是电感量产生 的感抗同样的电感器磁心材料绕制成的电感器，随着电感量的增加,Z阻抗与频率 曲线变化的趋势是随着你

14、绕制的电感器的电感量的增加 ,Z 阻抗峰值电时的频率就会下降 ,也 就是说电感量越高所能滤除的共模干扰的频率越低,换句话说对低频共模干扰的 滤除效果越好,对高频共模信号的滤除效果越差甚至不起作用.这就是为什么有的滤波器使用两级滤波共模电感器的原因 一级是用低磁导 率（磁导率7K以下铁氧体材料甚至可以使用1000的NiZn材料）材料作成共模 滤波电感器,滤出几十 MHz 或更高频段的共模干扰信号,另一级采用高导磁材料 （如磁导率1000015000的铁氧体材料或着非晶体材料）来滤除1MHz以下或者 几百kHz的共模干扰信号.因此首先要确认你要滤除共模干扰的频率范围然后再选择合适的滤波电感 器材料.