來(lái)源：一個(gè)小小可愛(ài)的PingPong球；作者：RamboLiu

共模浪涌以前沒(méi)有特別關(guān)注過(guò)，最近看到幾個(gè)類似的應(yīng)用，因此結(jié)合DeepSeek強(qiáng)大的功能與網(wǎng)上搜集到的經(jīng)驗(yàn)分享，稍作整理歸納，供被共模浪涌困擾的小伙伴簡(jiǎn)單參考。

講到浪涌抑制不得不先介紹一下EMC核心產(chǎn)品之一，共模電感，是一種用于抑制共模噪聲的電子元件，廣泛應(yīng)用于電源、通信和信號(hào)線路中。它的主要作用是濾除電路中的共模干擾信號(hào)，同時(shí)允許差模信號(hào)(有用信號(hào))通過(guò)。

共模電感的結(jié)構(gòu)

共模電感通常由兩個(gè)繞組(線圈)繞制在同一個(gè)磁芯上組成，這兩個(gè)繞組的匝數(shù)相同，繞制方向相同。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：

- 雙繞組設(shè)計(jì)：兩個(gè)繞組分別串聯(lián)在電路的兩條信號(hào)線上。

- 磁芯材料：通常采用高磁導(dǎo)率的鐵氧體材料，以增強(qiáng)電感量。

- 對(duì)稱性：兩個(gè)繞組在磁芯上的繞制方式對(duì)稱，確保對(duì)共模噪聲的抑制效果一致。

共模電感的工作原理

共模電感的工作原理基于電磁感應(yīng)的基本原理：

1. 共模噪聲抑制：當(dāng)共模噪聲電流流過(guò)兩個(gè)繞組時(shí)，由于電流方向相同，會(huì)在磁芯中產(chǎn)生疊加的磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生較大的感抗(阻抗)。這種感抗會(huì)阻礙共模噪聲電流的通過(guò)，從而抑制共模噪聲。

2. 差模信號(hào)通過(guò)：當(dāng)差模信號(hào)(有用信號(hào))流過(guò)兩個(gè)繞組時(shí)，由于電流方向相反，在磁芯中產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)相互抵消，因此對(duì)差模信號(hào)的感抗很小。這樣，差模信號(hào)可以幾乎無(wú)損耗地通過(guò)共模電感。

共模電感的阻抗特性

1. 對(duì)共模噪聲：共模電感呈現(xiàn)高阻抗，能夠有效抑制共模噪聲。

2. 對(duì)差模信號(hào)：共模電感呈現(xiàn)低阻抗，允許差模信號(hào)順利通過(guò)。

共模浪涌對(duì)共模電感的影響

1. 磁芯飽和：共模浪涌通常伴隨著大電流，可能導(dǎo)致共模電感的磁芯飽和。磁芯飽和后，電感量急劇下降，導(dǎo)致共模電感的抑制效果顯著減弱，無(wú)法有效濾除共模噪聲。

2. 繞組過(guò)熱：大電流通過(guò)共模電感的繞組時(shí)，會(huì)產(chǎn)生焦耳熱(I2R損耗)，可能導(dǎo)致繞組溫度升高。如果浪涌持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)或能量較大，可能損壞繞組的絕緣層，甚至燒毀共模電感。

3. 絕緣擊穿：共模浪涌的高電壓可能超過(guò)共模電感的絕緣耐壓極限，導(dǎo)致繞組之間或繞組與磁芯之間發(fā)生擊穿。絕緣擊穿會(huì)直接損壞共模電感，甚至引發(fā)短路故障。

4. 性能下降：即使共模電感未完全損壞，多次承受浪涌沖擊后，其磁芯和繞組的性能可能逐漸退化，導(dǎo)致電感量下降、損耗增加，最終影響其濾波效果。

共模電感在抑制共模浪涌中的作用

盡管共模電感可能受到共模浪涌的影響，但它仍然是抑制共模浪涌的重要元件之一。其作用主要體現(xiàn)在：

1. 抑制高頻噪聲：共模電感對(duì)高頻共模噪聲有較好的抑制作用，可以減少浪涌中的高頻分量。

2. 延緩浪涌上升時(shí)間：共模電感的感抗可以延緩浪涌的上升時(shí)間，從而降低浪涌的峰值電壓和電流。

3. 與其他保護(hù)器件配合：共模電感通常與TVS二極管、壓敏電阻(MOV)、氣體放電管(GDT)等浪涌保護(hù)器件配合使用，形成多級(jí)保護(hù)電路，提高系統(tǒng)的抗浪涌能力。

應(yīng)對(duì)共模浪涌的措施

為了減少共模浪涌對(duì)共模電感的影響，并提高電路的抗浪涌能力，可以采取以下措施：

1. 選擇合適的共模電感：

- 高飽和電流：選擇磁芯飽和電流較高的共模電感，以承受較大的浪涌電流;

- 高絕緣耐壓：選擇絕緣耐壓等級(jí)較高的共模電感，以承受浪涌的高電壓;

- 耐高溫材料：選擇耐高溫的繞組和磁芯材料，以提高抗浪涌能力。

2. 增加浪涌保護(hù)器件：

- TVS二極管：在共模電感后并聯(lián)TVS二極管，用于鉗位浪涌電壓;

- 壓敏電阻(MOV)：在輸入端并聯(lián)壓敏電阻，吸收浪涌能量;

- 氣體放電管(GDT)：用于泄放大電流浪涌，保護(hù)后續(xù)電路。

3. 多級(jí)保護(hù)設(shè)計(jì)：采用多級(jí)保護(hù)電路，例如：第一級(jí)使用GDT或MOV進(jìn)行粗保護(hù)，第二級(jí)使用共模電感抑制高頻噪聲，第三級(jí)使用TVS二極管進(jìn)行精細(xì)保護(hù)。這種設(shè)計(jì)可以分散浪涌能量，減少對(duì)單個(gè)器件的沖擊。

4. 優(yōu)化電路布局：將共模電感盡量靠近輸入端，以減少浪涌對(duì)后續(xù)電路的影響。確保共模電感的接地良好，以提供有效的共模噪聲泄放路徑。

共模電感搭配過(guò)壓保護(hù)器件抑制共模浪涌方案分析

從前面的分析可以看出，共模浪涌對(duì)共模電感的影響主要體現(xiàn)在磁芯飽和、繞組過(guò)熱、絕緣擊穿和性能下降等方面。因此除了電感本身的設(shè)計(jì)，也可以通過(guò)外部電路的協(xié)助來(lái)實(shí)現(xiàn)浪涌抑制的調(diào)整，該方案的探討主要目的是削減共模感應(yīng)電壓，從而減少或規(guī)避電感本身絕緣擊穿或者端子間的放電拉弧現(xiàn)象，從而保證共模浪涌的能量可靠抑制。

1.通過(guò)PCB加放電齒的方式，共模浪涌在共模電感兩端感應(yīng)高電壓之后，利用絕緣擊穿尖端放電的原理，實(shí)現(xiàn)了能量的泄放，防止因?yàn)楣材＿^(guò)壓導(dǎo)致的對(duì)后級(jí)電路的二次傷害。但是加放電齒長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)出現(xiàn)氧化甚至碳化的情況，同時(shí)不能涂刷三防漆。

2. 共模電感并聯(lián)壓敏電阻MOV，該方案具有較高的性價(jià)比，能量吸收能力強(qiáng)，有貼片與插件多種可選，但是壓敏電阻本身的結(jié)電容較大，通常在幾百pF以上，因此對(duì)于線路EMI設(shè)計(jì)會(huì)有影響，需要重點(diǎn)考慮。

3. 共模電感并聯(lián)氣體放電管GDT，氣體放電管有貼片與插件可選，最大的優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)電容小，通常在1pF以下，對(duì)于EMI影響較小，同時(shí)具有高浪涌吸收能力。

4. 共模電感并聯(lián)固體放電管SIDACtor，固體放電管最大優(yōu)點(diǎn)就是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，響應(yīng)速度快，同時(shí)不會(huì)有壽命衰減的限制，可靠性較高，該產(chǎn)品有貼片小尺寸DO-214AB封裝，目前在OBC上已經(jīng)廣為認(rèn)可，缺點(diǎn)就是結(jié)電容較大，在200-300pF左右，因此選用之后需要對(duì)EMI重點(diǎn)設(shè)計(jì)。

我們知道一般共?；芈范紩?huì)直接加壓敏電阻與氣體放電管串聯(lián)接地，起到抑制共模浪涌的作用，但是對(duì)于一些共模電壓過(guò)高的情況可以考慮上述方案，或者因?yàn)?a target="_blank">高壓絕緣檢測(cè)的要求，氣體放電管必須選擇高壓2500-3000V的時(shí)候，該方案適用。對(duì)于共模已經(jīng)添加低壓氣體放電管對(duì)地，高壓絕緣檢測(cè)的時(shí)候通過(guò)松開(kāi)氣體放電管與地端連接的螺絲方式，那么無(wú)需考慮該方案。

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