電源濾波器的設(shè)計(jì)通?？蓮墓材：筒钅煞矫鎭?lái)考慮。共模濾波器重要的部分就是共模扼流圈，與差模扼流圈相比，共模扼流圈的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)在于它的電感值極高，而且體積又小，設(shè)計(jì)共模扼流圈時(shí)要考慮的一個(gè)重要問(wèn)題是它的漏感，也就是差模電感。通常，計(jì)算漏感的辦法是假定它為共模電感的1%，實(shí)際上漏感為共模電感的 0.5% ～ 4%之間。在設(shè)計(jì)性能的扼流圈時(shí)，這個(gè)誤差的影響可能是不容忽視的。
　　漏感的重要性
　　漏感是如何形成的呢？緊密繞制，且繞滿一周的環(huán)形線圈，即使沒(méi)有磁芯，其所有磁通都集中在線圈“芯”內(nèi)。但是，如果環(huán)形線圈沒(méi)有繞滿一周，或者繞制不緊密，那么磁通就會(huì)從芯中泄漏出來(lái)。這種效應(yīng)與線匝間的相對(duì)距離和螺旋管芯體的磁導(dǎo)率成正比。共模扼流圈有兩個(gè)繞組，這兩個(gè)繞組被設(shè)計(jì)成使它們所流過(guò)的電流沿線圈芯傳導(dǎo)時(shí)方向相反，從而使磁場(chǎng)為0。如果為了安全起見(jiàn)，芯體上的線圈不是雙線繞制，這樣兩個(gè)繞組之間就有相當(dāng)大的間隙，自然就引起磁通“泄漏”，這即是說(shuō)，磁場(chǎng)在所關(guān)心的各個(gè)點(diǎn)上并非真正為0。共模扼流圈的漏感是差模電感。事實(shí)上，與差模有關(guān)的磁通必須在某點(diǎn)上離開芯體，換句話說(shuō)，磁通在芯體外部形成閉合回路，而不僅僅只局限在環(huán)形芯體內(nèi)。
　　如果芯體具有差模電感，那么，差模電流就會(huì)使芯體內(nèi)的磁通發(fā)生偏離零點(diǎn)，如果偏離太大，芯體便會(huì)發(fā)生磁飽和現(xiàn)象，使共模電感基本與無(wú)磁芯的電感一樣。結(jié)果，共模輻射的強(qiáng)度就如同電路中沒(méi)有扼流圈一樣。差模電流在共模環(huán)形線圈中引起的磁通偏離可由下式得出： 

    式中，是芯體中的磁通變化量，Ldm是測(cè)得的差模電感，是差模峰值電流，n為共模線圈的匝數(shù)。
    由于可以通過(guò)控制B總，使之小于B飽和，從而防止芯體發(fā)生磁飽和現(xiàn)象，有以下法則：

　　式中，是差模峰值電流，Bmax是磁通量的偏離，n是線圈的匝數(shù)，A是環(huán)形線圈的橫截面積。Ldm是線圈的差模電感。
　　共模扼流圈的差模電感可以按如下方法測(cè)得：將其一引腿兩端短接，然后測(cè)量另外兩腿間的電感，其示值即為共模扼流圈的差模電感。
　　共模扼流圈綜述
　　濾波器設(shè)計(jì)時(shí)，假定共模與差模這兩部分是彼此獨(dú)立的。然而，這兩部分并非真正獨(dú)立，因?yàn)楣材６罅魅梢蕴峁┫喈?dāng)大的差模電感。這部分差模電感可由分立的差模電感來(lái)模擬。
　　為了利用差模電感，在濾波器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，共模與差模不應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，而應(yīng)該按照一定的順序來(lái)做。首先，應(yīng)該測(cè)量共模噪聲并將其濾除掉。采用差模抑制網(wǎng)絡(luò)（Differential Mode Rejection Network），可以將差模成分消除，因此就可以直接測(cè)量共模噪聲了。如果設(shè)計(jì)的共模濾波器要同時(shí)使差模噪聲不超過(guò)允許范圍，那么就應(yīng)測(cè)量共模與差模的混合噪聲。因?yàn)橐阎材３煞衷谠肼暼菹抟韵?，因此超?biāo)的僅是差模成分，可用共模濾波器的差模漏感來(lái)衰減。對(duì)于低功率電源系統(tǒng)，共模扼流圈的差模電感足以解決差模輻射問(wèn)題，因?yàn)椴钅］椛涞脑醋杩馆^小，因此只有極少量的電感是有效的。
　　盡管少量的差模電感非常有用，但太大的差模電感可以使扼流圈發(fā)生磁飽和?？筛鶕?jù)公式（2）作簡(jiǎn)單計(jì)算來(lái)避免磁飽和現(xiàn)象的發(fā)生。
　　用LISN原理測(cè)量共模扼流圈飽和特性的方法
　　測(cè)量共模線圈磁芯（整體或部分）的飽和特性通常是很困難的。通過(guò)簡(jiǎn)單的試驗(yàn)可以看出共模濾波器的衰減在多大程度上受由60Hz編置電流引起的電感減小量的影響。進(jìn)行此項(xiàng)測(cè)試需要一臺(tái)示波器和一個(gè)差模抑制網(wǎng)絡(luò)（DMRN）。首先，用示波器來(lái)監(jiān)測(cè)線電壓。按如下方法從示波器的A通道輸入信號(hào)，將示波器的時(shí)間基準(zhǔn)置為2ms/p，然后將觸發(fā)信號(hào)加在A通道上，在交流電壓達(dá)到峰值時(shí)會(huì)有線電流產(chǎn)生，此時(shí)濾波器效能的降級(jí)是意料中的事情。差模抑制網(wǎng)絡(luò)（DMRN）的輸入端連接到LISN，輸出端用50的阻抗進(jìn)行匹配且與示波器的B通道相連。當(dāng)共模扼流圈工作在線性區(qū)時(shí)，在輸入電流波動(dòng)期間，B通道監(jiān)測(cè)到的發(fā)射增加值不超過(guò)6—10dB。圖1為此測(cè)試在示波器上顯示的結(jié)果，上面的曲線為共模發(fā)射；下面的曲線為線電壓。在線電壓峰值期間，橋式整流器正向?qū)ㄇ覀魉统潆婋娏鳌?BR>

　　如果共模扼流圈達(dá)到飽和，那么在輸入浪涌增加時(shí)，發(fā)射將會(huì)增加。如果共模扼流圈達(dá)到強(qiáng)飽和，發(fā)射強(qiáng)度與不加濾波器時(shí)的情況是一樣的，也就是說(shuō)很容易達(dá)到40dB以上。
　　這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可用其他方法來(lái)解釋。發(fā)射值（線電流為0的時(shí)候）是濾波器無(wú)偏置電流時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的效果。峰值發(fā)射與發(fā)射的比率，即降級(jí)因子，用來(lái)衡量線電流偏移量對(duì)濾波器實(shí)際效果的影響。降級(jí)因子較大表明共模扼流圈磁芯完全沒(méi)有得到恰當(dāng)?shù)氖褂?，較好的濾波器的“固有降級(jí)因子”差不多在2—4之間。它是由兩種現(xiàn)象產(chǎn)生的：，60Hz充電電流引起的電感減?。ㄈ缟纤觯坏诙?，橋式整流器的正向及反向?qū)?。共模發(fā)射的等效電路由一個(gè)阻抗約為200pF的電壓源、二極管阻抗和LISN的共模阻抗組成，如圖2所示。當(dāng)橋式整流器正向偏置時(shí)，在源阻抗、25和LISN共模阻抗之間會(huì)產(chǎn)生分壓現(xiàn)象。當(dāng)橋整流器反向偏置時(shí)，在源阻抗、整流橋反偏電容、LISN之間產(chǎn)生分壓現(xiàn)象。當(dāng)二極管整流橋反向偏置電容較小時(shí)，對(duì)共模濾除有一定效果。當(dāng)整流橋正向偏置時(shí)則對(duì)共模濾除沒(méi)有影響。


　　由于產(chǎn)生了分壓，固有降級(jí)因子的預(yù)期值為2左右。實(shí)際值的變化相當(dāng)大，主要取決于源阻抗和二極管整流橋反向偏置電容的實(shí)際大小。在Flugan發(fā)明的一個(gè)電路中，正是應(yīng)用這個(gè)原理來(lái)減小鎮(zhèn)流器的傳導(dǎo)發(fā)射的。
　用電流原理測(cè)量共模扼流圈飽和特性的方法
　　如果測(cè)試人員相當(dāng)謹(jǐn)慎，那么就可以采取類似MIL-STD-461中的測(cè)試裝置來(lái)檢測(cè)共模扼流圈的飽和特性。這個(gè)原理的應(yīng)用如下：測(cè)試時(shí)采用兩只電流探頭，低頻探頭監(jiān)測(cè)線電流，高頻探頭僅測(cè)量共模發(fā)射電流。線電流監(jiān)視器作為觸發(fā)源。不過(guò)，使用電流探頭的一個(gè)隱患是差模電流衰減是管芯內(nèi)繞組導(dǎo)線對(duì)稱性的函數(shù)。如果精心合理安排繞線布局的話，30dB左右的差模電流衰減是能夠得到的。即使達(dá)到這個(gè)衰減值，測(cè)得的差模分量也可能超過(guò)預(yù)期的共模分量值?？捎萌缦聝身?xiàng)技術(shù)來(lái)解決這一問(wèn)題：，將一只6kHz轉(zhuǎn)折頻率的高階高通濾波器與示波器串聯(lián)（注意應(yīng)用50的終端阻抗進(jìn)行匹配）。第二，在每只10μF的電容與電源總線之間接入一根導(dǎo)線。為了測(cè)量共模輻射，電流探頭應(yīng)夾在這些載有極小線電流的導(dǎo)線近旁。
　共模扼流圈內(nèi)存在的差模與共模磁通
　　為了快速且淺顯地介紹共模扼流圈的作用，可考慮采用以下論述：“共模扼流圈管芯兩側(cè)的磁場(chǎng)相互抵消，因此不存在磁通使管芯飽和?！北M管這種論述對(duì)共模扼流圈作用的直覺(jué)敘述具體化了，但實(shí)質(zhì)上并非如此。
　參考以下圍繞麥克斯韋方程所進(jìn)行的討論：
　　* 假設(shè)電流密度J產(chǎn)生磁場(chǎng)H，那么就可得出結(jié)論：附近的另一個(gè)電流不會(huì)抵消或阻止磁場(chǎng)或者是由此而產(chǎn)生的電場(chǎng)。
　　* 同樣一個(gè)相鄰的電流可以導(dǎo)致磁場(chǎng)路徑的改變。
　　* 在環(huán)形共模電感的特殊場(chǎng)合中，每條引線中的差模電流密度可假定是相等的，且方向相反。所以由此而產(chǎn)生的磁場(chǎng)必定在環(huán)形磁芯周邊上的總和為0，而在其外部則不為0！
　　磁芯的作用就好象它在線圈繞組的間隙處裂為兩半時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的效果一樣。每個(gè)繞組在環(huán)形線圈一半的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)，意指穿過(guò)空氣的磁場(chǎng)必定會(huì)形成自封閉回路，圖3是環(huán)形磁芯和差模電流磁路的示意圖。

    漏感綜述
　　共模扼流圈能發(fā)揮一定的作用是由于μcm比μdm大好幾個(gè)數(shù)量級(jí)的緣故，因?yàn)楣材ｋ娏魍ǔ：苄。梢酝ㄟ^(guò)使L/D保持在較低值來(lái)獲得更小的μdm。
　　為了得到共模電感，同時(shí)又要使差模電感，是采用橫截面積較大的磁芯繞制成多匝線圈。采用較大的螺旋管磁芯，也并非一定要這樣的磁芯，可在共模扼流圈內(nèi)并入有效的差模電感。因?yàn)椴钅４磐ㄊ沁h(yuǎn)離磁芯（環(huán)形結(jié)構(gòu)）的，因此可能會(huì)產(chǎn)生極強(qiáng)的輻射。尤其是濾波器安裝在PCB板上的情況下，這種輻射可以耦合到電源線，使傳導(dǎo)發(fā)射增強(qiáng)。當(dāng)磁性材料被帶到場(chǎng)內(nèi)時(shí)（例如，環(huán)形磁芯放置在鐵殼里），差模磁導(dǎo)率就可能會(huì)顯著地增加，從而由于差模電流而導(dǎo)致磁芯的飽和。
　無(wú)輻射共模扼流圈結(jié)構(gòu)
　　為了實(shí)現(xiàn)有效的濾波器設(shè)計(jì)，磁通離開磁芯引起的輻射問(wèn)題必須予以解決。其辦法有是將差模磁通限制在磁性結(jié)構(gòu)物體中（壺形鐵芯），或者是為差模磁通（E形鐵芯）提供一條高磁導(dǎo)率的路徑。
　壺形鐵芯結(jié)構(gòu)
　　如果共模扼流圈采用壺形鐵芯結(jié)構(gòu)，那么就需兩個(gè)繞軸。圖4示意出了壺形鐵芯窗格里的兩組線圈及其產(chǎn)生的磁通路徑。同時(shí)也表明了同一結(jié)構(gòu)條件下的差模磁通路徑。


　　注意組，所有的磁通均在鐵芯內(nèi)部。正是由于這種結(jié)構(gòu)，從鐵芯外表面到其中心垂直隔板間的空氣隙長(zhǎng)度決定了純磁阻的大小。使用磁導(dǎo)率大于10的墊圈后，就可以通過(guò)改變墊圈（其值等于空氣隙長(zhǎng)度）內(nèi)外半徑的大小來(lái)控制純磁阻。壺形鐵芯的差模電感、共模扼流圈可按如下公式計(jì)算：

具體尺寸如圖5所示。


    減小差模路徑上的磁阻將使差模電感增加。使用這種共模扼流圈的顯著的優(yōu)點(diǎn)就在于壺形鐵芯具有固有的“自屏蔽”特性。
　E形鐵芯結(jié)構(gòu)
　　另外還有一種共模扼流圈，它比環(huán)形磁芯線圈更易繞制，但比壺形鐵芯線圈的輻射更厲害，E形鐵芯線圈如圖6所示。圖中表明，共模磁通將外部引線上的兩組線圈都聯(lián)系在一起了。為了獲得較高的磁導(dǎo)率，在外部引線上應(yīng)沒(méi)有空氣隙。另一方面，差模磁通將外部引線和中心引線聯(lián)系起來(lái)。差模路徑中的磁導(dǎo)率可以通過(guò)使中心引線彼此隔開來(lái)取得，中心引線是產(chǎn)生輻射的主要區(qū)域。