高速风筒方案中的共膜电感--【其利天下技术】

我们知道，高速吹风筒的电源采用的是日常我们用的市电，市电是高压交流电源，所以高压电路的噪声是比较大的，为了使产品符合安规要求，我们的电路设计必须要符合安规设计。所以这也是高速吹风筒为什么要加安规电容和共模电感的主要原因。

那么什么是共膜电感呢？它起什么作用？

1，首先我们解释一下，共膜、差模的概念：

电器设备的电源线，电话等的通信线，与其它设备或外围设备互相替换的通讯线路，至少有两根导线，这两根导线作为往返线路输送电力或信号，在这两根导线之外通常还有第三导体,这就是"地线"。电压和电流的变化通过导线传输时有两种形态，一种是两根导线分别做为往返线路传输，我们称之为"差模"；另一种是两根导线做去路，地线做返回传输，我们称之为"共模"。

差模电流：在一对差分信号线上，大小相同，方向相反的一对信号，一般是电路中的工作电流，对于信号线就是信号线与信号地线之间流动的电流。

共模电流：在一对差分信号线上，大小相同，方向相同的一对信号(或噪音)。在电路中，

一般对地噪音一般都是以共模电流的方式传输的，所以又称为共模噪声。

抑制共模噪声的方法多种多样，除了从源头去减少共模噪声外，通常我们抑制最常用的方法就是采用共膜电感来滤除共模噪声，也就是将共模噪声阻挡在目标电路外面。及在线路中串联共模扼流器件。这样做的目的是增大共模回路的阻抗，使得共模电流被扼流器所消耗和阻挡(反射)，从而抑制线路中的共模噪声。

2，共模扼流器或电感的原理

若在以某种磁性材料的磁环上绕上同向的一对线圈，当交变电流通过时，因为电磁感应而在线圈中产生磁通量。对于差模信号，产生的磁通量大小相同、方向相反，两者相互抵消，因而磁环产生的差模阻抗非常小;而对于共模信号，产生的磁通量大小和方向均相同，两者相互叠加从而使磁环产生了较大的共模阻抗。这一特性使得共模电感对于差模信号的影响较小而对共模噪声具有很好的滤波性能。

(1)差模电流通过共模线圈，磁力线方向相反，感应磁场削弱，从如下图磁力线方向可以看出—实线箭头表示电流方向，虚线表示磁场方向

(2)共模电流通过共模线圈，磁力线方向相同，感应磁场加强，从如下图磁力线方向可以看出—实线箭头表示电流方向，虚线表示磁场方向

共模线圈的电感或者称为自感系数，我们知道电感是表征产生磁场的能力，对于共模线圈或者共模电感，当共模电流流过线圈时，由于磁力线方向相同，在不考虑漏感的情况下，磁通量叠加，其原理是互感，下图红色线圈产生的磁力线穿过蓝色线圈，同时蓝色线圈产生的磁力线也穿过红色线圈，彼此相互感应。

从电感的角度来看，电感量也是成倍增加，磁链代表了总磁通量，对于共模电感，当磁通量是原来的2倍时，匝数没有发生变化，电流也没没有发生变化，那么意味着电感量增加为原来的2倍，也就意味着等效磁导率变为原来的2倍。

 

等效磁导率何以增加一倍，从下面的电感公式来看，由于匝数N不改变、磁路和磁芯截面积由磁芯的物理尺寸决定，因此也没有改变，唯一就是磁导率u增加了一倍，因而可以产生更多的磁通量

所以，共模电感在共模电流通过时，工作在互感模式下，在互感的作用下，等效电感量被成倍增加，因而共模感抗会成倍增加，因而对共模信号有良好的滤波作用，也就是将共模信号用大阻抗阻挡，不让其通过共模电感，也就是不让此信号传输到电路的下一级，如下是电感产生的感抗ZL。

认识共模电感在共模模式下的电感量，主要目的是认识互感，一切的磁性元器件，无论什么名称只要把握磁场的变化形式，透过现象看磁场变化的本质，也会容易理解，再者我们要始终把握磁力线，它是我们认识磁场的直观形式，试想无论同名端或异名端或者互感等概念或磁场现象，我们都是画磁力线去认识他们的——掌握之前讲解的"磁棒绕线法"。

3，电源干扰及处理

电源干扰可以以共模或差模方式存在

共模干扰是指电源火线对大地或电源中线对大地之间的干扰，有时称为纵模干扰、不对称干扰或接地干扰。

差模干扰是指线与线之间的干扰，如电源相线与中线之间的干扰，有时称为常模干扰、横模干扰或对称干扰。
共模干扰是由辐射或串扰形式形成的，如雷电、电弧、电台等，来自空间的感应。差模干扰是同一线路中的电机、开关电源及可控硅等在电源线上产生的干扰。

通常线路上的差模分量和共模分量是同时存在的，而且由于线路的阻抗不平衡，两种分量在传输中会互相转变。干扰在线路上经过长距离的传输后，差模分量的衰减要比共模分量大，因为线间阻抗与线地阻抗不同的缘故。共模干扰的频率一般分布在1mhz以上，在传输的同时，会向临近空间辐射，耦合到信号电路中形成干扰，很难防范。差模干扰的频率相对较低，不易形成空间辐射，已经有良好的处理措施，降低共模干扰，设备的敏感度问题大都是由共模干扰引起的。

一个系统的电磁兼容性，实际上体现在两个方面：一方面，一个系统必须以整体电磁环境为依据，要求每个用电设备不产生超过一定限度的电磁发射；另一方面，又要求它具有一定的抗干扰能力。国际电工技术委员会（IEC）的定义是：电磁兼容是设备的一种能力，是设备在其电磁环境中能完成它的功能，而不至于在其环境中产生不允许的干扰。差模电流：在差分模式下，电路设备输出一个电流到负载。同时存在一个等值的返回电流。这两个大小相等、沿相反方向流动的电流，代表了标准的差模工作方式。我们并不想完全消除差模工作影响，因为在一个电路板只能做得尽量像完善的自屏蔽环境（如同轴电缆），完全的电场俘获和磁场抵消是不可能达到的。剩下的不能抵消的场是产生差模EMI的源。差分模式辐射是系统结构里的RF电流回路中电流的流动引起的。

共模电流：共模电流是由于差模电流抵消不良造成的，差模电流抵消不良是由于两条信息传输通路不平行引起的。没有抵消的那部分就是共模电流共模信号：是辐射的主要源泉，不包含有用信息。

共模起源于公共金属结构（比如电源面和接地层）中的公共电流。典型的发生条件是电流从导电平面内意料之外的通路流过。当返回的电流与它们原来的信号通路不配对（比如在平面内有裂缝等），或者几个信号有公共返回区域，共模电流就产生了。

减小共模辐射的方法：
1、尽量减小激励次天线的源电压，即地电位；
2、提供与电缆串联的高共模阻抗，即加共模扼流圈；
3、将共模电流旁路到地；
4、电缆屏蔽层与屏蔽壳体作360°端接。

综述，通过共膜、差模概念的理解以及分析，很好说明了信号传输中，为了符合产品设计，我们采用共膜电感的原因及其共膜电感的电路作用，高速风筒作为一种采用交流电作为能源驱动的家电设备，传统的安规设计需求，增加共膜电感的原因就是为了减少传导测试中电磁辐射，确保产品设计符合安规要求！