我們從一個(gè)簡(jiǎn)單的例子開始

這是一個(gè)共模電感，如下測(cè)量，你覺得測(cè)得的電感量是多少？

可能有一部分會(huì)答錯(cuò)，下面來(lái)說(shuō)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(cè)量和如下測(cè)量一致。如仍有懷疑，可找個(gè)電感測(cè)量一下便知。

可以理解成兩個(gè)電感并聯(lián)，事實(shí)上就是兩個(gè)電感并聯(lián)，計(jì)算結(jié)果和測(cè)量結(jié)果是一樣的。

兩種繞法有何特點(diǎn)？

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(shí)際應(yīng)用情況選擇繞法。

再看看這樣測(cè)量出來(lái)的電感量是多少？為什么？

有的人可能會(huì)回答 0mH，有的人可能會(huì)回答 20mH，有的人可能會(huì)回答 10mH 。

不過(guò)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(gè)線圈的磁通的方向是相同的，也就是說(shuō)磁通是增加的不是相互抵消。

根據(jù)磁環(huán)電感量計(jì)算公式

式中：N = 圈數(shù)， Ac = 截面積， 分母 Mpl = 磁路長(zhǎng)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(shuō)電感量為 4 倍。本例則為 40 mH。

再看看這樣測(cè)量得到的電感量應(yīng)該是多少？這樣測(cè)得的是什么電感量？

這個(gè)估計(jì)很多人都知道是 0mH，沒(méi)錯(cuò)，理想狀態(tài)下就是 0mH。實(shí)際共模電感總有漏感、或差模電感成份，因此按此連接測(cè)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(diǎn)的漏感在1-2%左右。但有時(shí)候會(huì)特意將差模電感和共模電感做在一起，這時(shí)候的差模電感量就按實(shí)際需要做了。

01共模電感 “Z” 字形符號(hào)代表什么？

共模電感的這個(gè)符號(hào)應(yīng)該很常見吧，但是符號(hào)中的 “Z” 一樣的符號(hào)該怎么讀？估計(jì)很少有人知道。

Z= Zorro （佐羅），很厲害的一個(gè)人物。共模電感也叫 Zorro 電感。英文中共模電感的叫法比較長(zhǎng) Common Mode Choke，或 Common Mode Inductor，也稱 Zerro Inductor，有時(shí)簡(jiǎn)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(huì)飽和嗎？

共模電感會(huì)飽和嗎？答案是非常難飽和，通常情況下無(wú)需擔(dān)心飽和問(wèn)題，為什么呢？我們先來(lái)看看差模電流流過(guò)共模電感的情況。如圖，差模電流電流電感時(shí)其磁通是相互抵消的，也就是說(shuō)，在磁路里基本沒(méi)有磁通產(chǎn)生，差模電流流過(guò)時(shí)沒(méi)有阻力，沒(méi)有損耗，簡(jiǎn)單說(shuō)，一個(gè)額定電流 5A 的共模電感流過(guò) 100A 的差模電流也不會(huì)飽和，當(dāng)然前提是導(dǎo)線夠粗。

共模電流的情況相對(duì)復(fù)雜一點(diǎn)，百度了一下發(fā)覺都是抄來(lái)抄去，都是籠統(tǒng)的說(shuō)阻抗增加，但并沒(méi)有說(shuō)明為何阻抗增加，基本沒(méi)什么參考價(jià)值。

我們按如下方法分析一下：

假設(shè)一對(duì)共模電流流向如下圖所示，兩個(gè)濾波電感各自獨(dú)立，沒(méi)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(diǎn)。

于是我們講兩個(gè)電感合二為一，如圖，這樣會(huì)發(fā)生什么情況呢？

顯然，流過(guò) L1 的共模電流和流過(guò) 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(huì)使 L2 產(chǎn)生互感電動(dòng)勢(shì)，互感電動(dòng)勢(shì)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(duì) L2 的互感電流也是與 L1 的共模電流方向相反，也就是說(shuō) 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(jì)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(duì)于差模電流有：

于是，差模電感

即：

也就是說(shuō)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(gè)很好理解，看一下圖便知。

共模干擾來(lái)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(guò)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(hào)過(guò)不去，因此 EMI 測(cè)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(guò)去，層間電容小了，則只能是更高的頻率能過(guò)去，比如 5MHz 以上。

由此可見，變壓器的繞制對(duì) 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(jí)的電容一定大了，初次級(jí)的電容小了則漏感大了，初次級(jí)電容小則有利于抑制共模干擾，但漏感大了會(huì)在給原邊的 MOS 管帶來(lái)壓力。

如何既能減小原付邊電容又保持漏感小呢，目前看來(lái)=只有一個(gè)辦法，在原付邊件加屏蔽。簡(jiǎn)單說(shuō)，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(shí)測(cè)效果不錯(cuò)的，但變壓器繞制就復(fù)雜了。

我們來(lái)認(rèn)識(shí)一種新的電容，其實(shí)也不是新的只不過(guò)估計(jì)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(hào)為：

其特點(diǎn)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(shuō)明書。

以下的圖應(yīng)足夠能說(shuō)說(shuō)明這個(gè)電容。

從上面的做圖可以看出這種電容的內(nèi)部其實(shí)是導(dǎo)線（實(shí)際有電感），導(dǎo)線外面通過(guò)做成電容形式，并把電容一端接地，因此低頻或直流信號(hào)完全不受阻，但高頻則會(huì)通過(guò)電容接地。由于該電容沒(méi)有引腳，因此 ESL（等效串聯(lián)電感）很小，這個(gè)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(diǎn)的位置不一樣，圖中諧振點(diǎn)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(lái)越小，過(guò)了諧振點(diǎn)后，電容的容性便消失，于是電容變成了電感?？上攵?，本來(lái)在電路里放了一個(gè)電容，結(jié)果變成了電感，那是什么后果？

認(rèn)識(shí)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(duì)差模信號(hào)濾波效果對(duì)比，差模濾波器在濾出疊加在信號(hào)上的噪聲后導(dǎo)致波形失真。

但使用共模濾波器濾出信號(hào)上的噪聲后波形沒(méi)有失真。

因此，對(duì)于數(shù)字信號(hào)如有噪聲需濾除采用共模濾波器比較合適。

說(shuō)濾波器就不能不說(shuō)濾波器的階數(shù)，談到濾波器我們可能會(huì)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(jiǎn)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(shuō)應(yīng)該明白什么是濾波器的階數(shù)了吧？ 簡(jiǎn)單講，有多少個(gè)儲(chǔ)能元件就是幾階，RC 濾波器只有一個(gè)電容則是一階，LC 濾波器有兩個(gè)儲(chǔ)能元件則是二階，與前后關(guān)系無(wú)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(wèn)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(hào)的斜率問(wèn)題。

我們先弄清幾個(gè)概念：

① 十倍頻，這個(gè)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(gè)十倍頻，那么 50 到 5000Hz 是幾個(gè)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(duì)數(shù)表示，縱坐標(biāo)表示增益，單位為 dB，注意圖中的圓點(diǎn)處，右面一條是一階濾波器的衰減曲線，圓點(diǎn)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