EMC系列☞电感

目录

• • 滤波电感的选择和应用
  • 差模电感和共模电感的区别
  • 电感的频率阻抗特性
  • 电感绕制差别

滤波电感的选择和应用

电感从滤波角度分类，大的方面，分电源滤波电感和信号线滤波电感；电源滤波的电感比较常见，信号上，一般都是使用的贴片共模电感，电源的滤波电感，从原理上，又分为用来滤除差模干扰的电感，称差模电感。

上面的都是电源口差模滤波电感，线圈绕在磁芯上。另一类，就是共模电感，用来滤除共模干扰的电感。

上面的都是电源口共模滤波电感，信号口的，最常用的是共模贴片电感。
对于低频信号，也有使用差模电感滤波。

像上面的，就是差模电感。但一般情况，信号线不推荐使用差模电感滤波，因为电感随频率升高阻抗增大，可能会对高频信号产生影响。

差模电感和共模电感的区别

首先，封装是不一样的。共模电感是把两个绕组的线圈同向绕制在铁氧体磁环上，因此共模电感会有4个引脚，注意，是两个绕组，而差模电感只有一个绕组线圈，因此它只有2个引脚，所以，从实物图上共模电感和差模电感很容易识别出来的。另外，从作用上来讲，差模电感抑制差模干扰，共模电感抑制共模干扰。

看这个电源接口滤波电路，既有差模电感，又有共模电感。L1和L2是差模电感，L3是共模电感。

这是两个差模电感，用来滤除电源上的传导差模干扰。

这是共模电感，用来抑制电源上的传导共模干扰。对于一个电磁干扰电路，如果没有滤波电路，电磁干扰可以从干扰源直接传导到负载。

上面的图，干扰直接从源施加到到负载，在传导路径加电感，电感对高频电磁干扰，具有高阻抗特性，所以，可以把干扰反射回源头。

上面的图，电磁干扰被高阻抗电感反射回源头，此时就不能传导到负载，那么，电磁干扰也就不会发生，这就是电感滤波的原理。和电容一样，其实都是阻抗失配原理，但电容是阻抗失配，旁路回源头。

电感的频率阻抗特性

这是理想电感的符号，此时不考虑分布参数，是纯电感。那么，对于理想电感，它的阻抗计算公式是:XL= 2πfL=ωL，从这个公式可以看出来，电感阻抗和频率成正比，线性关系。那么，绘制出来的理想电感，频率阻抗特性图就如下图。

这就是理想电感的频率阻抗特性图，从这个图上，可以看出，理想电感的阻抗随频率增大而增大。对于电磁干扰，电感的这个特性，对电磁干扰滤波来说是比较理想的。

线圈绕制匝数很多，匝与匝间距很小，存在分布电容，高频更明显，另外，电感的磁芯，一般铁氧体，铁硅铝等等，这些材料，是介于导体和绝缘体之间的一种物质，所以电导率也不低。那么，线圈和磁芯之间分布电容也很明显，所以，从以上两个方面可以看出，电感分布参数效应，不可忽略。

考虑到分布参数时，实际电感模型如下：

这就是实际电感的模型，电感存在分布电容，和电感并联，这个时候，LC并联，就构成了一个并联谐振电路，当频率超过谐振频率时，实际电感将表现为电容特性，逐步失去滤波功能。

理想电感和实际电感的区别：理想电感无寄生特性，实际电感有寄生特性，且经过谐振频率之后，会变为容性失去滤波效果，下图是实际电感频率阻抗特性图。

横轴频率，纵轴阻抗，谐振频点处由于LC并联谐振，产生高阻抗，频率小于谐振频率时，电感表现为感性，频率大于谐振频率时，分布电容效应更明显，电感表现为容性。

这一段就是实际电感感性阶段。

这一段就是实际电感容性阶段，电感在谐振频点之后，会失去电磁干扰滤波的效果，随着频率增大，分布电容增大，容性增强，他们的阻抗逐渐降低。

上面这个图就是电感的分布电容模型，电容存在于线圈之间，线圈和磁芯之间。差模电感产生电感分布参数的原因也很多。对于绕制在铁粉芯上的差模滤波电感，其量值和谐振频率关系如下表，供参考。

知道了电感谐振频率，那么滤波时，就要使得要滤除的电磁干扰频率在电感的感性阶段，不能在容性阶段。

比如，确认有5MHz的电磁干扰，来自于单板某一根电源线，那么，选择68uH电感时，它的谐振频率是5.7MHz，此时5MHz的电磁干扰，在这个电感的感性阶段，频率也非常接近自谐振频率，所以，选择68uH的差模电感就比较合适。当然，选择8.8uH、3.4uH也没问题，但对于5MHz的干扰频率，电感阻抗比较低，滤波效果比较差。

直观图就是上面这个，那么选择500uH，125uH电感显然不行。

此时直观图就是这个，要滤除的干扰频率在电感的容性阶段，所以，上面两种电感滤除5MHz干扰就不合适。

电感绕制差别

引起电感滤波效果下降的主要原因是分布参数，主要来源于线圈之间，和线圈与铁氧体之间。

看这个例子，铁粉芯和锰锌铁氧体绕制的两种差模电感。铁粉芯电感，一个绕制紧密，一个绕制疏松，电容量变化很大，19%，说明分布电容和线圈之间分布电容关系更大，因为铁粉芯电感磁导率很小，磁芯影响比较小；而锰锌电感，线圈绕制疏松和紧密分布电容变化很小，4%，分布电容和线圈绕制关系不大，锰锌铁氧体磁导率太大了，对分布电容影响很大，线圈绕制影响很小。

那么，实际绕制电感时，起始段和终止端尽量远离，尽量增大夹角，降低其分布电容，提高高频滤波的效果。

像这个图，尽量单层绕制，并增加匝间距离；因为多层绕制时密度很大，分布电容更大。多层绕制时，渐进绕制，不要来回绕。为增加电感量，多层绕制必不可少，绕制时要注意，一定要从起始段，渐进绕制，哪怕多层，直到终止端，千万不要起始端绕制一层到终止端，然后从终止端绕制回来，这就是来回绕，最后，也可以在磁芯和线圈中间使用低介电常数的材料，增加绕组与磁芯的间距，减小分布电容。这就是减小电感寄生参数的方法。

看例子，这三种差模电感，假设，他们的电感量一样，选择电感2。分布电容小。

不过铁芯不一样，同样扎数的，电感量也会不一样么，最右边是棒式电感，多层绕制，理论上分布电容比左边两种更大，再来看左边和中间的电感。看颜色，左边的差模电感，磁芯黑色，要不是铁硅铝，要不是铁氧体，中间电感黄白色是铁粉芯磁环，这几类磁环，铁粉芯的磁导率很低，所以，理论上中间铁粉芯磁环，磁芯对线圈的分布电容更小，所以，电感2分布电容更小，滤波效果更好。那么，就选择铁粉芯磁环。实际中，我们差模滤波电感，基本都是用的铁粉芯磁环电感。

共模电感通常是把两个线圈同向绕在铁氧体磁环上，共模电流流过线圈时，磁通相互增强，产生较大的阻抗，对共模电流起到抑制作用。这是共模电感滤波的原理，对电磁干扰来说也是一个高阻抗。

看上面这个图，线圈同向绕制在铁氧体磁环上，共模电流在其流过时，使用右手法则可以判断下磁通方向，两个线圈的磁通方向是一致的。

看上面这个图，磁通方向一致，磁通量增强，电感增大，所以，共模被抑制掉了。

看上面这个图，对于差模电流，也就是有用的电流，同样用右手法则判断下差模电流磁通量方向，磁通量方向相反，那么，相互抵消。

所以，共模电感对差模来说，阻抗很小，对差模几乎没有影响。联系实际，为什么高速信号接口，差分对上都使用信号口共模电感滤波，为什么不用电容呢？因为，共模电感只滤除共模干扰，对高速的差模信号没有影响，如果加电容，高速信号直接被滤掉了。

以上就是今天所分享的全部内容,希望能对大家有所帮助!