共模电感适用的频率_啸叫产生原因及分析（一）---共模电感

啸叫

人耳能听到的声音频率在20HZ-20KHZ左右，如果产生了人耳可以听到的声音，那激励频率基本可以锁定。

关于啸叫的产生原因主要有以下几种：

1、如果电感的谐振频率在20Hz-20KHz之间，而工作频率在这范围内的时候，电感就会啸叫，人耳就能听见了。一般情况下，如果开关电源工作在额定负载，其工作频率高于与设计值(高于可听范围)相同，人耳是听不到的。

开关电源电路为了自身保护和开关电源的可靠性，大多都有“限流保护电路”，如图2降压转换器使用限流保护电路。当开关电源空载或过载的时候，限流保护电路会立即调整开关占空比，或者立即停止开关工作，直到检测负载电流在标准范围内时，才重新启动正常的工作开关。这从停止开关到重启开关的时间周期正好是几kHz的频率，导致工作频率改变，低于设计值。

2、如果电感已经焊在电路板上，但是电感线圈没用固定好，是可动的，这样或会引起电感啸叫。要防止，可以利用液体清漆或RTV硅树脂，涂在电感线圈上。如果电路板上将会用许多电感，可以先将铁芯和绕组真空压力上漆，把整个铁芯和绕圈都在漆里面，再固定在电路板上，这样都可以降低噪声。

电感在工作时，上面会通过脉动电流，如果有20Hz-20kHz这个频段的开关激励电流，电流流过线圈，线圈的匝与匝之间上的电流因为同向而磁场相斥，会导致线圈发生轻微的间距偏移，开关电流消失时，线圈位置又会恢复原状，如此一来一往之间，如果线圈导线未固定，则线圈抖动振动压缩空气，就会形成空腔噪声导致啸叫。

3、磁芯材料的磁滞伸缩也会引起类似问题。当电感线圈隙中存有磁能时，会产生振动并产生噪声。这种噪声将来自电感器的气隙材料和磁路几何形状。根据负载情况，频率和部件变化，可听噪声的数量会有所不同。如果是这情况，可考虑改用铁氧体磁芯。铁氧体磁芯是主要由铁(Fe)、锰(Mn)和锌(Zn)三种金属元素组成，通常被称为锰锌铁氧体。环形铁氧体磁芯由于没有气隙，且截面积一致，因此磁效应很高。一般几百kHz的开关频率，铁氧体磁芯电感是没问题的。

声音的本质是一种噪声，由振动引起。噪声又分结构噪声和空腔噪声，最终传到耳朵里来的是结构振动而压缩空气或空腔噪声里的压缩空气振动耳膜形成。

1、降低负载电流或更换功率稍微大些的DC-DC。

2、从根本上解决占空比的不稳定，一般是控制环路的小信号被噪声干扰，DC/DC 的占空比需要调节到很稳定。

3、更换电感，调节电容，也会改善，但绝对消除不易。

4、浸胶（最好环氧树脂类的硬质灌封材料），浸好后，放入真空箱抽真空，将里面的气泡挤出来。固化后不会再形变振动。

一、共模电感（Common Mode Choke）

共模电感(Common mode Choke)，也叫共模扼流圈，常用于电脑的开关电源中过滤共模的电磁干扰信号。在板卡设计中，共模电感也是起EMI滤波的作用，用于抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射（对于共模信号产生的大电感具有抑制作用，对差模信号产生的很小的漏电感几乎不起作用）。

二 、共模电感工作原理

原理是流过共模电流时磁环中的磁通相互叠加，从而具有相当大的电感量，对共模电流起到抑制作用，而当两线圈流过差模电流时，磁环中的磁通相互抵消，几乎没有电感量，所以差模电流可以无衰减地通过。因此共模电感在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号，而对线路正常传输的差模信号无影响。

共模电感绕线方式（1）两线并绕 （2）两根线分开绕制

两种绕制方式的特点：

1、双线并绕（Bifilar）

（1）电源：应用于低压

（2）信号：仅应用于低速信号

（3）Low leakage inductor：低漏电感

（4）应用于低压：42V AC/ 80V DC

2、两线分段绕组（sectional）

（1）电源：应用于高压

（2）信号：低高速信号

（3）应用最大电压：250V AC / DC

（4）High Leakage Inductor

两线分段绕组适用于电源。

三、关于电感的计算结果

1、双并线可以理解成两个电感的并联，计算公式如下：

电感并联公式：

其中M为互感：

，完全耦合时K=1

2、对于两线分段绕组

根据磁环电感量的计算公式:

其中N=线圈匝数 ；

=截面积；

= 磁路长度

注意 N 有平方的，一组线圈的圈数是N， 则两组线圈的圈数是 2N，将2N代入到公式中分子有 4N²， 也就是说电感量为 4 倍。

3、共模以及差模电感量的计算

如果把整个线圈割开分为上下两部分（L1和L2）。显然，流过L1的共模电流和流过L2的共模电流产生磁通相互叠加，总磁通增加。L1和L2除了自感以外还有互感，L1的电感量除了本身的电感外还要加上L2的互感，反之L2也一样。

L1的磁通会使L2产生互感电动势，互感电动势的方向总是要阻碍磁通的增加，于是在L2中产生和共模电流方向相反的电流，L2的共模电流被抵消，反之，L1对L2的互感电流也是与L1的共模电流方向相反，也就是说L1的共模电流被抵消。

如图为共模和差模之间的区别

假设流过L1的电流为i1,流过L2的电流为i2，根据自感公式

则L1的有效电感为：

对于共模电流

,有：

对于差模电流

，有：