共模电感的噪声及材料性能

随着开关型电源在工业和家用电器 中越来越多的应用， 电器之间的相互干扰成为日益严重的问题，电磁环境越来越 为人们所关心。电磁干扰有很多种类，其中在 30MHz 以下的共模干扰是非常重 要的一类，它们主要以传导方式传播，对仪器的安全正常运行造成很大危害，必 须加以控制。通常在输入端附加共模滤波器，以减轻外界共模干扰通过电源线进 入仪器， 同时防止仪器产生的共模干扰进入电网。共模滤波器的核心是带有软磁 铁芯的共模电感，其性能的高低决定了滤波器的水平。

共模噪声和共模 电感 共模噪声主要是各种开关器件在导通和关断时产生的，可分解为不同的 谐波形式，具有比较宽的频谱范围。对于 30MHz 以下的干扰信号，一般通过传 导方式传播。共模电感由软磁铁芯和两组同向绕制的线圈组成。对差模信号，由于两组线圈产生的磁场方向相反，故相互抵消，铁芯不被磁化， 对信号没有抑制作用。对于共模信号，由于两组线圈产生的磁场不是抵消，而是 相互叠加，因此铁芯被磁化。由于铁芯材料的高导磁率，铁芯将产生一个大的电 感，线圈的阻抗使共模信号的通过受到抑制。

共模电感器件性能与材料性 能的关系 为了使共模干扰更有效地滤除，共模电感首先应具有足够大的电感 量，因而铁芯材料具有高导磁率是对共模电感的最基本要求。另一方面，铁芯材 料的频率特性也是决定器件性能的一个关键因素。由于共模干扰具有较宽的频 谱，而铁芯对共模干扰的阻抗只在某一特定频段具有最大值。所以，为了滤除某 个波段的共模干扰， 铁芯频率特性应使器件的阻抗在该波段与后面的电路具有最大的不匹配，以对共模干扰产生足够大的损耗（称为插入损耗）。对于共模信号 而言，共模电感可以等效为电阻和电感的串联，此时器件的总阻抗为： 其中： 为铁芯导磁率实部引起的与纯电感有关的感抗。为铁芯导磁率虚部引起的与 损耗有关的阻抗。

在实际的共模电感中，XL 形成 对共模干扰的反射，而 XR 是由于铁芯损耗等被吸收消耗的部分。这两部分都形 成了对共模干扰的抑制。因此， 共模电感铁芯的总阻抗代表了器件抑制共模干扰 的能力。共模电感铁芯商大多使用阻抗（或者做成器件后的插入损耗）与频 率的关系表示产品的频率特性。材料的导磁率与频率的关系比较复杂。一般 地，导磁率实部随频率的升高而降低；导磁率虚部开始较低，在某个频率（称为 截止频率）有峰值，如何又随频率而下降。应当注意，器件阻抗随频率的变化规 律和导磁率的规律不同，因为阻抗除了决定于导磁率以外，还与频率有关。一般 地， 共模电感的阻抗及其频率特性决定于铁芯尺寸、 材料特性、 线圈匝数等因素。