EMI滤波器共模电感详解

EMI电源滤波器基本知识介绍电磁干扰（EMI）电源滤波器（以下简称滤波器）是由电感、电容组成的无源器件。

实际上它起两个低通滤波器的作用，一个衰减共模干扰另一个衰减差模干扰。

它能在阻带（通常大于10KHz）范围内衰减射频能量而让工频无衰减或很少衰减地通过。

EMI电源滤波器是电子设备设计工程师控制传导干扰和辐射电磁干扰的首选工具（一）EMI电源滤波器部分技术参数简介插入损耗滤波器的插入损耗是不加滤波器时从噪声源传递到负载的噪声电压与接入滤波器时负载上的噪声电压之比。

插入损耗衡量EMI电源滤波器电性能的重要参数，用下式表示：EoIL＝20log---E式中:Eo------不加滤波器时，负载上的干扰噪声电平。

E------接入滤波器后，同一负载上的干扰噪声电平。

干扰方式有共模干扰和差模干扰两种，其定义为：共模干扰：叠加于火线（P）、零线（N）和地线（E）之间的干扰电压。

差模干扰：叠加于火线（P）和零线（N）之间的干扰电压。

因此插入损耗又分为共模插入损耗和差模插入损耗，插入损耗的测试原理图如下：泄漏电流：滤波器的泄漏电流是指在250VAC的电压下，火线和零线与外壳间流过的电流。

它主要取决于滤波器中的共模电容。

从插入损耗考虑，共模电容越大，电性能越好，此时，漏电流也越大。

但从安全方面考虑，泄漏电流又不能过大，否则不符合安全标准要求。

尤其是一些医疗保健设备，要求泄漏电流尽可能小。

因此，要根据具体设备要求来确定共模电容的容量。

泄漏电流测试电路如下所示耐压测试为确保（交流）电源滤波器的质量，出厂前全部进行耐压测试。

测试标准为：火线与地线（或零线与地线）之间施加频率为50Hz的1500VAC高压，时间一分钟，不发生放电现象和咝咝声。

火线与零线之间施加1450V直流高压，时间一分钟，不发生放电现象和咝咝声（二）EMI电源滤波器的选用根据设备的额定工作电压、额定工作电流和工作频率来确定滤波器的类型。

滤波器的额定工作电流不要取的过小，否则会损坏滤波器或降低滤波器的寿命。

EMI 滤 波 器 原 理 与 设 计 方 法 详 解输入端差模电感的选择输入端差模电感的选择：：1. 差模choke 置于L 线或N 线上，同时与XCAP 共同作用F=1 / (2*π* L*C)2. 波器振荡频率要低于电源供给器的工作频率，一般要低于10kHz 。

3. L = N2AL （nH/N2）nH4. N = [L （nH ）/AL(nH/N2)]1/2匝5. AL = L （nH ）/ N2nH/N26. W =（NI ）2AL / 2000µJ输入端共模电感的选择输入端共模电感的选择：：共模电感为EMI 防制零件，主要影响Conduction 的中、低频段，设计时必须同时考虑EMI 特性及温升，以同样尺寸的Common Choke 而言，线圈数愈多(相对的线径愈细)，EMI 防制效果愈好，但温升可能较高。

传导干扰频率范围为0.15～30MHz ，电场辐射干扰频率范围为30～100MHz 。

开关电源所产生的干扰以共模干扰为主。

产生辐射干扰的主要元器件除了开关管和高频整流二极管还有脉冲变压器及滤波电感等。

注意：1. 避免电流过大而造成饱和。

2．Choke 温度系数要小，对高频阻抗要大。

3．感应电感要大，分布电容要小。

4．直流电阻要小。

B = L * I / (N * A) (B shall be less than 0.3)L = Choke inductance. I = Maximum current through choke. N = Number of turns on choke.A = Effective area of choke. (for drum core, can approximate with cross section area of center pole.)假设在50KHZ 有24DB 的衰减则，共模截止频率Fc = Fs*10Att/4 0 = 50*10-24/40=12.6KHZ 电感值L= (RL*0.707)/(∏*Fc) = (500.707)/(3.14*12.6) = 893uH使用磁芯和磁棒作滤波电感时应注意自身的阻抗，对于共模电感不能使用低阻抗的磁芯和磁棒，否则会造成炸机现象。

EMI滤波电感设计EMI滤波器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1 EMI滤波器的插入一、共模电感设计在一个共模滤波器内，电感的每一个绕阻和电源输入线中的仸一根导线相串联。

（对于电源的输入线来讲）电感绕组的接法和相位是这样的，第一个绕组产生的磁通会与第二个绕组产生的磁通相削. 于是，除了泄漏阻抗的小损耗和绕组的直流电阻以外，电感至电源输入线的插入阻抗为另。

由于磁通的阻碍，SMPS的输入电流需要功率，因此将通过滤波器，滤波器应没有仸何明显的损耗。

共模噪声的定义是出现在电源输入线的一根或二根导线上的有害电流通过电感的地返回噪声源的噪声。

此电流要视共模电感的仸何一个或二个绕组的全部阻抗，因为它不能被返回的电流所抵消。

共模噪声电压是电感绕组上的衰减，应从有害噪声中保持电源输入线的畅通。

1.1、选择电感材料开关电源正常工作频率20KHz以上，而电源产生的有害噪声比20KHz高，往往在100KHz～50MHz之间。

对于电感来讲，大多数选择适当和高效费比的铁氧体，因为在有害频带内能提供最高的阻抗。

当看到公共参数如磁导率和损耗系数就去识别材料是困难的。

图2给出铁氧体磁环J-42206-TC绕10匝后的阻抗ZS和频率的关系曲线。

图2铁氧体磁环的阻抗和频率的关系在1～10MHz之间绕组到达最大阻抗，串联感抗XS和串联电阻RS（材料磁导率和损耗系数的函数）共同产生总阻抗Zt。

图3所示为图2中铁氧体材料的磁导率和损耗系数与频率的函数关系。

由于感抗引起的下降，导致磁导率在750KHz以上的下降；由于电阻取决高频的源阻抗所以损耗系数随频率而增加。

图3铁氧体磁环的磁导率、损耗系数和频率的关系图4给出三种不同材料的总阻抗和频率的关系。

⾮常详细的共模电感及滤波器的设计！（转载）看点1 ⼏个简单的实例测验与分析！01 这是⼀个共模电感，如下测量，你觉得测得的电感量是多少？可能有⼀部分会答错。

下⾯来说明⼀下我们知道共模电感的绕法有两种，1 双线并绕，2 两组线圈分开绕。

我们知道共模电感的绕法有两种，1 双线并绕，2 两组线圈分开绕。

1 双线并绕2 两组线圈分开绕正确的答案应该是10mH，下图所⽰。

⼀楼所⽰的测量和如下测量⼀致。

如仍有怀疑，可找个电感测量⼀下便知。

可以理解成两个电感并联，事实上就是两个电感并联，计算结果和测量结果是⼀样的。

两种绕法有何特点？1 双线并绕有较⼩的差模电感有较⾼的耦合电容有较⼩的漏感2 两组线圈分开绕有较⼩的耦合电容有较⾼的漏感因此要根据实际应⽤情况选择绕法。

02 再看看这样测量出来的电感量是多少？为什么？有的⼈可能会回答0mH，有的⼈可能会回答20mH，有的⼈可能会回答10mH。

不过很遗憾都不是，正确的答案L=40mH。

如下图，按右⼿法则已标上电流⽅向和磁通⽅向，从图中可以看出两个线圈的磁通的⽅向是相同的，也就是说磁通是增加的不是相互抵消。

根据磁环电感量计算公式式中：N = 圈数， Ac = 截⾯积， 分母 Mpl = 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。

本例则为40 mH。

03 再看看这样测量得到的电感量应该是多少？这样测得的是什么电感量？这个估计很多⼈都知道是0mH，没错，理想状态下就是 0mH。

实际共模电感总有漏感、或差模电感成份，因此按此连接测量得到的数值就是漏感或者叫差模电感。

共模电感中漏感和差模电感是⼀回事，可以称漏感也可称差模电感。

⼀般做得好点的漏感在1-2%左右。

但有时候会特意将差模电感和共模电感做在⼀起，这时候的差模电感量就按实际需要做了。

看点2 共模电感“Z”字形符号是代表什么？共模电感的这个符号应该很常见吧，但是符号中的的 “Z” ⼀样的符号该怎么读？估计很少有⼈知道。

一、初识共模电感共模电感(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。

图1 各种CMC小知识：EMI(Electro Magnetic Interference，电磁干扰)计算机内部的主板上混合了各种高频电路、数字电路和模拟电路，它们工作时会产生大量高频电磁波互相干扰，这就是EMI。

EMI还会通过主板布线或外接线缆向外发射，造成电磁辐射污染，不但影响其它的电子设备正常工作，还对人体有害。

PC板卡上的芯片在工作过程中既是一个电磁干扰对象，也是一个电磁干扰源。

总的来说，我们可以把这些电磁干扰分成两类：串模干扰(差模干扰)与共模干扰(接地干扰)。

以主板上的两条PCB走线(连接主板各组件的导线)为例，所谓串模干扰，指的是两条走线之间的干扰；而共模干扰则是两条走线和PCB地线之间的电位差引起的干扰。

串模干扰电流作用于两条信号线间，其传导方向与波形和信号电流一致；共模干扰电流作用在信号线路和地线之间，干扰电流在两条信号线上各流过二分之一且同向，并以地线为公共回路，如图1-1所示。

图2是我们常见的共模电感的内部电路示意图，在实际电路设计中，还可以采用多级共模电路来更好地滤除电磁干扰。

此外，在主板上我们也能看到一种贴片式的共模电感(图3)，其结构和功能与直立式共模电感几乎是一样的。

图4 贴片CMC二、从工作原理看共模电感为什么共模电感能防EMI？要弄清楚这点，我们需要从共模电感的结构开始分析。

图5 共模电感滤波电路图4是包含共模电感的滤波电路，La和Lb就是共模电感线圈。

这两个线圈绕在同一铁芯上，匝数和相位都相同(绕制反向)。

这样，当电路中的正常电流流经共模电感时，电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消，此时正常信号电流主要受线圈电阻的影响(和少量因漏感造成的阻尼)；当有共模电流流经线圈时，由于共模电流的同向性，会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗，使线圈表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果，以此衰减共模电流，达到滤波的目的。

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。

目录导线)为例，所谓串模干扰，指的是两条走线之间的干扰；而共模干扰则是两条走线和PCB地线之间的电位差引起的干扰。

串模干扰电流作用于两条信号线间，其传导方向与波形和信号电流一致；共模干扰电流作用在信号线路和地线之间，干扰电流在两条信号线上各流过二分之一且同向，并以地线为公共回路.共模电感如果板卡产生的共模电流不经过衰减过滤(尤其是像USB和IEEE 1394接口这种高速接口走线上的共模电流)，那么共模干扰电流就很容易通过接口数据线产生电磁辐射——在线缆中因共模电流而产生的共模辐射。

美国FCC、国际无线电干扰特别委员会的CISPR22以及我国的GB9254等标准规范等都对信息技术设备通信端口的共模传导干扰和辐射发射有相关的限制要求。

为了消除信号线上输入的干扰信号及感应的各种干扰，我们必须合理安排滤波电路来过滤共模和串模的干扰，共模电感就是滤波电路中的一个组成部分。

共模电感实质上是一个双向滤波器：一方面要滤除信号线上共模电磁干扰，另一方面又要抑制本身不向外发出电磁干扰，避免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。

图2是我们常见的共模电感的内部电路示意图，在实际电路设计中，还可以采用多级共模电路来更好地滤除电磁干扰。

此外，在主板上我们也能看到一种贴片式的共模电感(图3)，其结构和功能与直立式共模电感几乎是一样的。

编辑本段共模电感工作原理为什么共模电感能防EMI？要弄清楚这点，我们需要从共模电感的结构开始分析。

共模电感的滤波电路，La和Lb就是共模电感线圈。

这两个线圈绕在同一铁芯上，匝数和相位都相同(绕制反向)。

这样，当电路中的正常电流流经共模电感时，电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消，此时正常信号电流主要受线圈电阻的影响(和少量因漏感造成的阻尼)；当有共模电图2 图3流流经线圈时，由于共模电流的同向性，会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗，使线圈表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果，以此衰减共模电流，达到滤波的目的。

共模电感浅谈存储与多媒体产品线彭浩版本历史目录1.共模电感简介 (3)2.共模电感用于EMI滤波器 (4)2.1噪声测量方法 (4)2.2滤波器电路结构分析 (4)2.3滤波器元器件参数计算 (6)2.4共模电感的差模电感 (7)3.共模电感的寄生参数 (9)3.1寄生电容C1、C2 (9)3.2电感L LK、L C (11)3.3等效电阻R C、R W (11)4.磁芯材料与共模电感磁芯选型 (12)4.1铁氧体磁芯 (12)4.2磁粉芯与高磁通磁粉芯 (12)4.3共模电感磁芯选型 (13)5.共模电感的设计流程 (14)6.共模电感安规管控 (15)1. 共模电感简介共模电感，也叫扼流圈，常用在开关电源中过滤共模的电磁干扰信号。

共模电感是一个以铁氧体等为磁芯的共模干扰抑制器件，它由两个尺寸相同，匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上，线圈的绕制方向相反，形成一个四端器件。

当两线圈中流过差模电流时，产生两个相互抵消的磁场H1、H2，此时工作电流主要受线圈欧姆电阻以及可以忽略不计的工作频率下小漏感的阻尼，所以差模信号可以无衰减地通过，如图1-1所示；而当流过共模电流时，磁环中的磁通相互叠加，从而具有相当大的电感量，线圈即呈现出高阻抗，产生很强的阻尼效果，达到对共模电流的抑制作用。

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。

图1-1 差模信号通过共模线圈2. 共模电感用于EMI 滤波器对理想的电感模型而言，当线圈绕完后，所有磁通都集中在线圈的中心内。

但通常情况下环形线圈不会绕满一周，或绕制不紧密，这样会引起磁通的泄漏。

共模电感有两个绕组，其间有相当大的间隙，这样就会产生磁通泄漏，并形成差模电感，因而共模电感对差模噪声也有抑制作用。

实际应用中，共模电感常和X 电容、Y 电容组成EMI 滤波器，滤除差模噪声和共模噪声。

2.1 噪声测量方法图2-1所示为典型的噪声测量结构图，噪声的测量主要通过LISN 来实现。

共模和差模电感及典型应用电路详解重要提示所谓共模信号就是两个大小相等、方向相同的信号。

所谓差模信号就是两个大小相等、方向相反的信号。

图2-95所示是共模和差模电感器电路，这也是开关电源交流市电输入回路中的EMI滤波器，电路中的L1、L2是差模电感器， L3和L4为共模电感器，C1为X电容，C2和C3 为Y 电容，该电路输入220 V 交流市电，输出电压加到整流电路中。

图2-95 共模和差模电感器电路共模电感器电路重要提示开关电源产生的共模噪声频率范围为 10 kHz～50 MHz 甚至更高，为了有效衰减这些噪声，要求在这个频率范围内共模电感器能够提供足够高的感抗。

讲解共模电感器工作原理前应该了解共模电感器的结构，这有助于理解共模电感器抑制共模高频噪声。

图2-96是共模电感器实物照片和结构示意图。

图2-96 共模电感器实物照片和结构示意图重要提示共模电感器的两组线圈绕在磁环上，绕相同的匝数，同一个方向绕制，只是一组线圈绕在左侧，另一组线圈绕在右侧。

共模电感器采用高磁导率的锰锌铁氧体或非晶材料，以提高共模电感器性能。

(1)正常的交流电流流过共模电感器分析。

如图2-97所示，220 V 交流电是差模电流，它流过共模电感器L3和L4的方向如图中所示，两电感器中电流产生的磁场方向相反而抵消，这时正常信号电流主要受电感器电阻的影响(这一影响很小)，以及少量因漏感造成的阻尼(电感)，加上220 V 交流电的频率只有50 Hz，共模电感器电感量不大，所以共模电感器对于正常的220交流电感抗很小，不影响220 V交流电对整机的供电。

图2-97 交流电差模电流流过共模电感器示意图(2)共模电流流过共模电感器分析。

当共模电流流过共模电感器时，电流方向如图2-98所示，由于共模电流在共模电感器中同方向，共模电感器L3和L4内产生同方向的磁场，这时增大了共模电感器L3和L4的电感量，也就是增大了L3和L4对共模电流的感抗，使共模电流受到了更大的抑制，达到了衰减共模电流的目的，起到了抑制共模干扰噪声的作用。

详解共模和差模电感电路重要提示所谓共模信号就是两个大小相等、方向相同的信号。

所谓差模信号就是两个大小相等、方向相反的信号。

图3-10所示是共模和差模电感器电路，这也是开关电源交流市电输入回路中的EMI滤波器，电路中的L1、L2是差模电感器，L3和L4为共模电感器，C1为X电容，C2和C3为Y电容。

该电路输入220V 交流市电，输出电压加到整流电路中。

图3-10 共模和差模电感器电路共模电感器电路开关电源产生的共模噪声频率范围为10kHz ～50MHz 甚至更高，为了有效衰减这些噪声，要求在这个频率范围内共模电感器能够提供足够高的感抗。

讲解共模电感器工作原理前应该了解共模电感器结构，这有助于理解共模电感器抑制共模高频噪声。

图3-11所示是共模电感器实物图和结构示意图。

图3-11 共模电感器实物图和结构示意图重要提示共模电感器的两组线圈绕在磁环上，绕相同的匝数，同一个方向绕制，只是一组线圈绕在左侧，另一组线圈绕在右侧。

共模线圈采用高磁导率的锰锌铁氧体或非晶材料，以提高共模线圈性能(1)正常的交流电流流过共模电感器分析。

如图3-12所示，220V 交流电是差模电流，它流过共模电感器L3和L4的方向如图中所示，两电感器中电流产生的磁场方向相反而抵消。

这时正常信号电流主要受电感器电阻的影响(这一影响很小)，以及少量因漏感造成的阻尼(电感)，加上220V交流电的频率只有50Hz，共模电感器电感量不大，所以共模电感器对于正常的220V交流电感抗很小，不影响220V交流电对整机的供电。

图3-12 交流电差模电流流过共模电感器示意图(2)共模电流流过共模电感器分析。

当共模电流流过共模电感器时，电流方向如图3-13所示。

由于共模电流在共模电感器中为同方向，电感器L3和L4内产生同方向的磁场，这时增大了电感器L3、L4的电感量，也就是增大了L3、L4对共模电流的感抗，使共模电流受到了更大的抑制，达到衰减共模电流的目的，起到了抑制共模干扰噪声的作用。

共模emi滤波电感
共模EMI滤波电感，也称为共模扼流圈，是一种电子元件，主要用于抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射。

在板卡设计中，共模电感起到EMI滤波的作用，能够滤除信号线上的共模电磁干扰，同时抑制本身不向外发出电磁干扰，避免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。

共模电感的滤波电路由两个线圈绕在同一铁芯上组成，匝数和相位都相同，这样当电路中的正常电流流经共模电感时，产生反向的磁场而相互抵消，此时正常信号电流主要受线圈电阻的影响。

当有共模电流流经线圈时，由于共模电流的同向性，会在线圈内产生同向磁场而增大线圈的感抗，从而抑制共模噪声。

除了共模电感，还有一种共模滤波器电感/EMI滤波器电感采用铁氧体磁心，双线并绕，具有杂讯抑制对策佳、高共模噪音抑制和低差模噪声信号抑制、低差模噪声信号抑制干扰源、在高速信号中难以变形、体积小、平衡度佳、使用方便和品质高等优点。

广泛应用于抑制电子设备EMI噪音、个人电脑及外围设备的USB线路、DVC、STB的IEEE1394线路、液晶显示面板、低压微分信号等领域。