我們從一個簡單的例子開始

這是一個共模電感，如下測量，你覺得測得的電感量是多少？

可能有一部分會答錯，下面來說明一下：

我們知道共模電感的繞法有兩種，1 雙線并繞，2 兩組線圈分開繞。

正確的答案應(yīng)該是 10mH，下圖所示。一樓所示的測量和如下測量一致。如仍有懷疑，可找個電感測量一下便知。

可以理解成兩個電感并聯(lián)，事實上就是兩個電感并聯(lián)，計算結(jié)果和測量結(jié)果是一樣的。

兩種繞法有何特點？

① 雙線并繞

◆有較小的差模電感

◆有較高的耦合電容

◆有較小的漏感

② 兩組線圈分開繞

◆有較小的耦合電容

◆有較高的漏感

因此要根據(jù)實際應(yīng)用情況選擇繞法。

再看看這樣測量出來的電感量是多少？為什么？

有的人可能會回答 0mH，有的人可能會回答 20mH，有的人可能會回答 10mH 。

不過很遺憾都不是，正確的答案 L=40mH 。如下圖，按右手法則已標(biāo)上電流方向和磁通方向，從圖中可以看出兩個線圈的磁通的方向是相同的，也就是說磁通是增加的不是相互抵消。

根據(jù)磁環(huán)電感量計算公式

式中：N = 圈數(shù)， Ac = 截面積， 分母 Mpl = 磁路長度。

注意 N 有平方的，一組線圈的圈數(shù)是 N， 則兩組線圈的圈數(shù)是 2N，將 2N 代入到公式中分子有 4N2， 也就是說電感量為 4 倍。本例則為 40 mH。

再看看這樣測量得到的電感量應(yīng)該是多少？這樣測得的是什么電感量？

這個估計很多人都知道是 0mH，沒錯，理想狀態(tài)下就是 0mH。實際共模電感總有漏感、或差模電感成份，因此按此連接測量得到的數(shù)值就是漏感或者叫差模電感。共模電感中漏感和差模電感是一回事，可以稱漏感也可稱差模電感。一般做得好點的漏感在1-2%左右。但有時候會特意將差模電感和共模電感做在一起，這時候的差模電感量就按實際需要做了。

01共模電感 “Z” 字形符號代表什么？

共模電感的這個符號應(yīng)該很常見吧，但是符號中的 “Z” 一樣的符號該怎么讀？估計很少有人知道。

Z= Zorro （佐羅），很厲害的一個人物。共模電感也叫 Zorro 電感。英文中共模電感的叫法比較長 Common Mode Choke，或 Common Mode Inductor，也稱 Zerro Inductor，有時簡稱為 Zerro。

舉例：Fairchild 的關(guān)于濾波器的文章中也是這么用的，如圖：

共模電感會飽和嗎？

共模電感會飽和嗎？答案是非常難飽和，通常情況下無需擔(dān)心飽和問題，為什么呢？我們先來看看差模電流流過共模電感的情況。如圖，差模電流電流電感時其磁通是相互抵消的，也就是說，在磁路里基本沒有磁通產(chǎn)生，差模電流流過時沒有阻力，沒有損耗，簡單說，一個額定電流 5A 的共模電感流過 100A 的差模電流也不會飽和，當(dāng)然前提是導(dǎo)線夠粗。

共模電流的情況相對復(fù)雜一點，百度了一下發(fā)覺都是抄來抄去，都是籠統(tǒng)的說阻抗增加，但并沒有說明為何阻抗增加，基本沒什么參考價值。

我們按如下方法分析一下：

假設(shè)一對共模電流流向如下圖所示，兩個濾波電感各自獨立，沒有磁通上的聯(lián)系，這樣能不能濾波共模電流呢？當(dāng)然也能，相當(dāng)于差模電感，各自為戰(zhàn)，效果差一點。

于是我們講兩個電感合二為一，如圖，這樣會發(fā)生什么情況呢？

顯然，流過 L1 的共模電流和流過 L2 的共模電流產(chǎn)生磁通相互疊加，總磁通增加。L1 和 L2 除了自感以外還有互感，L1 的電感量除了本身的電感外還要加上 L2 的互感，反之 L2 也一樣。

這樣情況又要分幾種

1）L1 的磁通會使 L2 產(chǎn)生互感電動勢，互感電動勢的方向總是要阻礙磁通的增加，于是在 L2 中產(chǎn)生和共模電流方向相反的電流，L2 的共模電流被抵消，反之，L1 對 L2 的互感電流也是與 L1 的共模電流方向相反，也就是說 L1 的共模電流被抵消。如下圖所示，L2 中的互感電流與 L2 的共模電流方向相反的：

2）電感量計算，如圖：

根據(jù)自感公式：

則 L1 的有效電感為：

設(shè)：

于是有：

即共模電感量為繞組的兩倍。

對于差模電流有：

于是，差模電感

即：

也就是說差模電感量為0。

共模和差模的概念

共模和差模的概念：這個很好理解，看一下圖便知。

共模干擾來之何處？共模干擾的頻率如何？1MHz 以上還是 5MHz 以上？如圖：

共模干擾由 MOS 管的高 di/dt 引起，經(jīng)過變壓器間的電容 Cp 或雜散電容 C2 傳到副邊，以 Cp 為主，C2 基本可忽略。我們知道 Cp 很小，因此能傳到副邊的干擾頻率一定很高，低頻干擾信號過不去，因此 EMI 測試中的高頻部分基本就是共模干擾。究竟多少 MHz 與變壓器的結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系，層間電容大了則可能 1MHz 的共模能過去，層間電容小了，則只能是更高的頻率能過去，比如 5MHz 以上。

由此可見，變壓器的繞制對 EMI 有不可忽略的作用，并且需要在漏感和繞組電容中折中考慮，漏感小了則初次級的電容一定大了，初次級的電容小了則漏感大了，初次級電容小則有利于抑制共模干擾，但漏感大了會在給原邊的 MOS 管帶來壓力。

如何既能減小原付邊電容又保持漏感小呢，目前看來=只有一個辦法，在原付邊件加屏蔽。簡單說，在原邊和付邊之間一圈不到的銅箔，銅箔不可繞滿，不可重疊，留 1mm 左后的空隙。實測效果不錯的，但變壓器繞制就復(fù)雜了。

我們來認(rèn)識一種新的電容，其實也不是新的只不過估計很少有人知道，很少有人用。

如圖，稱為 Feedthrough 電容，專門用于 EMI 抑制電路，其抑制高頻干擾效果相當(dāng)好。

其內(nèi)部等效結(jié)構(gòu)如圖

其在電路中的符號為：

其特點為，低 ESR，低 ESL，高諧振頻率，因此專用于 EMI 抑制。其參數(shù)等詳細(xì)資料可網(wǎng)上搜索廠家的說明書。

以下的圖應(yīng)足夠能說說明這個電容。

從上面的做圖可以看出這種電容的內(nèi)部其實是導(dǎo)線（實際有電感），導(dǎo)線外面通過做成電容形式，并把電容一端接地，因此低頻或直流信號完全不受阻，但高頻則會通過電容接地。由于該電容沒有引腳，因此 ESL（等效串聯(lián)電感）很小，這個至關(guān)重要。

為什么電容的諧振頻率要高？

如圖，所有電容的 ESR 和阻抗曲線都有相似形狀，只是 ESR 或諧振點的位置不一樣，圖中諧振點左面電容呈容性，即具有電容的特性。但是工作頻率高了以后，電容的容性越來越小，過了諧振點后，電容的容性便消失，于是電容變成了電感。可想而知，本來在電路里放了一個電容，結(jié)果變成了電感，那是什么后果？

認(rèn)識一下典型的濾波電路，如圖所示：

共模濾波器和差模濾波器對差模信號濾波效果對比，差模濾波器在濾出疊加在信號上的噪聲后導(dǎo)致波形失真。

但使用共模濾波器濾出信號上的噪聲后波形沒有失真。

因此，對于數(shù)字信號如有噪聲需濾除采用共模濾波器比較合適。

說濾波器就不能不說濾波器的階數(shù)，談到濾波器我們可能會聽到或看到濾波器的階數(shù)，那么什么是濾波器的階數(shù)呢？我們看以下最簡單的 RC 濾波器，那是幾階？

答案是：一階，英文叫 First Order

那這種呢？

還有這種濾波器是幾階的呢？

答案都是二階，英文叫 Second Order

這樣說應(yīng)該明白什么是濾波器的階數(shù)了吧？ 簡單講，有多少個儲能元件就是幾階，RC 濾波器只有一個電容則是一階，LC 濾波器有兩個儲能元件則是二階，與前后關(guān)系無關(guān)。

如下最常見的 PI 濾波器就是三階的了

那么一階、二階、三階濾波器性能上有何區(qū)別？

可以濾什么頻段是電感電容取值問題，但不同階數(shù)的濾波器還有更重要的特性，就是衰減信號的斜率問題。

我們先弄清幾個概念：

① 十倍頻，這個應(yīng)該不難理解，從數(shù)軸上看，十倍頻就是頻率增加10倍，比如 2 到 20Hz 就是一個十倍頻，那么 50 到 5000Hz 是幾個十倍頻呢？

我們以一階和二階濾波器的衰減曲線為例，見圖

圖中橫坐標(biāo)是頻率，用對數(shù)表示，縱坐標(biāo)表示增益，單位為 dB，注意圖中的圓點處，右面一條是一階濾波器的衰減曲線，圓點從1 到 2 頻率增加了十倍，從縱坐標(biāo)中可以看到增益下降了 20dB，通常稱為10倍頻程衰減 20dB，左面一條曲線是二階濾波器，不難看出10倍頻程衰減 40dB。

由此可知，濾波器每增加一階，十倍頻程衰減增加 20dB，如下圖所示。

編輯：hfy