开关电源共模电感计算其实并不难！

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开关电源共模电感计算其实并不难！

正常工作的开关类电源（SMPS）会产生有害的高频噪声，它能影响连接到相同电源线上的电子设备像计算机、仪器和马达控制。用一个EMI滤波器插入电源线和SMPS之间能消除这类干扰（图1）。一个差模噪声滤波器和一个共模噪声滤波器能够串联或在许多情况下
单独使用共模噪声滤波器。

图一、EMI滤波器的插入

一、电感器的分类

电感器以其应用环境、产品结构、形状、用途等可分为不同种类，通常电感器设计是以用途及应用环境作为出发点而开始的。在开关电源中以其用途不同，电感器可分为：
共模滤波电感器（Common Mode Choke）
常模滤波电感器（Normal Mode Choke）
功率因数校正电感（Power Factor Correction - PFC Choke）
交链耦合电感器（Coupler Choke）
储能平波电感（Smooth Choke）
磁放大器线圈（MAG AMP Coil）
共模滤波电感器因要求两线圈具有相同的电感值，相同的阻抗等，故该类电感均采用对称性设计，其形状多为TOROID、UU、ET等形状。

二、共模电感的工作原理

共模滤波电感器又称共模扼流线圈（以下简称共模电感或CM.M.Choke）或Line Filter。
在开关电源中，由于整流二极管和滤波电容以及电感中的电流或电压急剧变化，产生电磁干扰源（noise），同时输入电源中也存在工频以外的高次谐波噪声，这些干扰若不加以扼制，将对负载设备或开关电源本身造成损害，因此若干国家之安规机构对电磁干扰（EMI）发射量均作出了相应的管制规定。当前开关电源的开关频率日趋高频化EMI也随之日益严重，所以开关电源中均须设置EMI滤波器，EMI滤波器需对常模及共模噪声均作出相应的抑制，以达到某一规定标准。常模滤波器负责滤出输入或输出端两根线间之差模干扰信号，共模滤波器负责滤出两条入线之共模干扰信号。实际共模电感因其工作环境不同，又可分为AC CM.M.CHOKE；DC CM.M.CHOKE和SIGNAL CM.M.CHOKE三种，在设计或选用时应于以区分。但其工作原理完全相同，工作原理如图（1）所示：

图1共模电感的作用
如图所示，在同一磁环上绕上两组方向相反的线圈，据右手螺旋管定则可知，当在输入端A、B两端加上极性相反，信号幅值相同的差模电压时，有实线所示的电流i2，在磁芯中产生实线所示的磁通Φ2，只要保证两绕组完全对称，则磁芯中两不同方向之磁通相互抵消。总磁通为零，线圈电感几乎为零，对常模信号无阻抗作用。若在输入端A、B两端加上极性相同，幅值相等的共模信号时，有虚线所示的电流i1，在磁芯中产生虚线所示的磁通Φ1，则磁芯中磁通有相同的方向而互相加强，使每一线圈的电感值为单独存在时的两倍，而XL =ωL，因此，此一绕法的线圈对共模干扰有很强的抑制作用。
实际的EMI滤波器由L、C组合而成，设计时也常常将差模与共模抑制电路组合在一起（如图2），因此，设计时需依据滤波电容的大小以及所需符合的安规标准作出电感值的决定。
图中L1、L2、C1构成常模滤波器，L3、C2、C3构成共模滤波器。

图2 EMI滤波器电路

三、开关电源中共模电感的设计实例
在工作频率为10KHz，输入线性电流为3A(RMS)时，阻抗为100 欧的共模电感。
1）选取线径
铜线截面积=3A/400A/cm2=0.0075cm2
铜线线径 =0.98mm
取铜线线为1.0mm
2)计算最小电感值

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3)假如无指定空间，任取一磁芯内径（ID)=13.72+/-0.38=13.34mm MIN
4)计算内圆周长和最大可绕圈数
内圆周长=3.14×(13.34-1.08)=38.5mm
最大圈数=（160/360)×38.5/1.08=15.8TS或16TS
5）计算磁芯的AL值，并选取材质
磁芯的AL最小值=1.59/162=6211nH/TS2MIN
因此种磁芯AL值变化范围一般为+/-30%。故磁芯的AL值取9000nH/TS2，以上述条件，即可选取一合适磁芯。
1.08是漆包线的外径，加了绝缘层和预留量，160是绕线的分布度数，160/360也就是说一个线包的分布范围是160度。

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| 发布时间：2017.08.19 来源：电源厂

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