混合普通扼流圈的原理作用及应用电路

EMI 抑制解决方案采用滤波器、变压器线圈排列甚至 PCB 布局的不同组合。本应用笔记提供了所谓的混合共模扼流圈，它是一种由共模扼流圈和差模扼流圈组成的磁混合。混合共模扼流圈保留了共模扼流圈的高阻抗特性。其高漏感可用作差模电感。它不仅具有更小的尺寸以降低滤波器成本，而且还为工程师提供了解决传导 EMI 问题的便捷解决方案。

一、混合普通扼流圈的原理和作用

在典型的单级 EMI 滤波器电路中，如图 1 所示，一个共模噪声滤波器（L CM、C Y1和 C Y2）和一个差模噪声滤波器（L DM、C X1和 C X2），以 LC 滤波器的形式，分别衰减共模和差模噪声。共模扼流圈通常由高导磁率的锰锌铁氧体制成，其电感可高达1~50mH。图2中可以看到一个共模扼流圈。由于绕组极性排列，即使负载电流分别流过两组线圈，铁芯内部的磁通量也可以抵消。此后，不会发生磁芯饱和。常用的磁芯类型有环形、UU型（UU-9.8、UU-10.5等）、ET型、UT型，如图3所示。为了获得高共模电感，两组线圈应尽可能好地耦合。因此，多采用建造成本高的环形磁芯，或者ET型和UT型的一体式磁芯。

图 1. 典型的 EMI 滤波器配置

图 2. 共模扼流圈

图 3. 常用磁芯类型： （a） Toroid type （b） ET type （c） UU type （d） UT type

从共模扼流圈的工作原理和等效电路来看，如图4所示，虽然两组线圈耦合良好，但仍然存在漏感，这是由漏磁通引起的。漏感在电路中等效串联，起到差模电感的作用。因此，共模扼流圈的漏电感可用于差模滤波器。然而，由于共模扼流圈的机械结构，如图 3 所示，它们的漏感非常小，只有几 μH 到 100 μH 左右。获得更高漏感的唯一方法是增加线圈匝数。这样，线圈线必须更细，给定相同的磁芯，反过来rms电流会降低。为了应对这种情况，核心必须扩大，这导致更大的过滤器和更高的成本。一些应用需要高共模电感。然而，它不是为了过滤共模噪声，而是为了获得高寄生漏电感，用于差模滤波器。工程师通常不知道这种做法。

图 4. 共模扼流圈的等效模型

为了增加共模扼流圈的漏感，采用了独特的磁芯结构和线圈绕组。这种共模扼流圈称为集成共模扼流圈或混合共模扼流圈，如图 5 所示。这种扼流圈结构保留了高共模电感以滤除共模噪声，并且可以具有高达来自漏电感的数百 μH 差模电感。配合适当的 X 电容，可有效滤除低/中频 （150kHz ~ 3MHz） 差模噪声。通过实验，混合共模扼流圈证明可以制造出色的滤波器。而它们最大的优势，低成本和小尺寸，使它们优于同行。

图 5. 垂直和水平混合共模扼流圈

二、主要电气参数

混合共模扼流圈既保留了共模扼流圈的特性，又具有差模扼流圈的特性。除了共模扼流圈和差模扼流圈的一般规格外，还规定了以下参数。

（1） 共模阻抗，Z CM：与线路阻抗稳定网络的高频等效电阻（共模为 25Ω）相比，共模阻抗越高，它们制作的滤波器越好。除了铁芯材料，绕制线圈的方式（如线圈数量）可能对高频阻抗的影响更大。图 6 显示了测量共模阻抗的设置。图 7 显示了 ASU-1200 系列的共模阻抗特性。由于线圈层之间存在杂散电容C S，因此在高频时会变为电容性。因此，CS 越小越好。

图 6. 共模阻抗的测量设置

图 7. ASU-1200 系列的共模阻抗特性

（2） 共模电感，L CM：传统上，共模电感的特征在于外部添加的电压 （V OSC ） 和使用的频率。用 V OSC = 1Vac @100kHz表征共模电感通常具有更稳定的结果，尽管它可能因磁芯材料而异。

（3） 差模阻抗，Z DM：类似地，测量等效差模阻抗的设置如图 8 所示。如图 9 所示的差模阻抗特性图可用于描述差模滤波器性能。与 LISN 等效电阻 100Ω 相比，更高的差模阻抗更好。在高频下，它仍然变成电容性的。然而，在足够大的阻抗下，它仍然可以成为一个好的滤波器。

图 8. 差模阻抗的测量设置

图 9. ASU-1200 系列的差模阻抗特性

（4） 差模电感，L DM：同样，差模电感可以指定为 V OSC = 1Vac @100kHz。在实际应用中，混合共扼流圈的差模电感应大于100μH，以有效滤除差模噪声，配合X电容。

（5）差模饱和电流，I sat：如前所述，由于负载电流流经等效差模电感，差模电感在峰值负载电流处不应饱和；否则过滤性能会下降。图 10 描绘了桥式整流滤波电路和输入电流波形。要求在峰值负载电流下，差模电感不会因为磁芯饱和而减小。按照惯例，I sat定义为电感下降 20% 时的电流（与没有直流偏置电流时的值相比）。

（一种）

（b）

图 10. （a） 全桥滤波电路，（b） 输入电流波形

（6） 均方根电流，I rms：等效地，此额定值用于定义线宽。图 10 的输入电流波形 I rms并不高，通常可以通过最小输入电压除以两倍的输出功率来估算。例如，使用全输入电压范围的 25W 电源适配器，其 I rms可以计算为 2 x 25W / 90Vac = 0.55A。

表 1：ASU-1200 系列的电气参数

三、应用电路

简单地说，混合共模扼流圈集成了一个传统的共模扼流圈和一个（或两个）差模扼流圈。对于不同的应用，EMI 工程师必须确定共模扼流圈、差模扼流圈以及差模饱和电流 I sat和均方根电流 I rms。ASU-1200系列混合共扼流圈适用于25W-50W反激电路或《120W PFC电路的应用。图 11 展示了两个反激电路的示例，使用了一个混合公共扼流圈。

（一种）

（b）

图 11. 带有混合公共扼流圈的两个反激电路 （a） 带有 X 电容器的传统滤波器 （b） 带有 X 电容器的传统滤波器到桥式整流器的输出

图 12 显示了在有源滤波器中使用混合共扼流圈，以在边界传导模式下进行功率因数校正 （PFC）。

图 12. PFC 电路中混合公共扼流圈的应用电路

图 13 至图 15 显示了使用 ASU-1203 混合公共扼流圈的 24W （12V/2A） 离线反激式电源的 EMI 性能。可以清楚地看出，这种混合共模扼流圈不仅有效地降低了共模噪声，而且其差模电感也有效地降低了差模噪声。总体而言，EMI 性能表明，使用 ASU-1203 在低/中频带频率下噪声可以衰减约 30dB。

图 13. 共模噪声衰减（蓝线表示使用 ASU-1203 测量共模噪声）

图 14. 差模噪声衰减（蓝线表示使用 ASU-1203 测量差模噪声）

图 15. 总噪声衰减（蓝线显示使用 ASU-1203 测量的总噪声）