【个人经验分享】一文了解共模电感与差模电感的区别

大家好,我是山羊君Goat。

电感在电路世界中虽然不如电容电阻出现的那么频繁,可能一个板子几百个电阻电容,而电感数量可能就是个位数。

但是电感的作用可一点都不容小视,不然也不会排三大基本元件中的其中一个名额,它就像一个老定禅僧,虽然不总是出现,但是是发挥着不可或缺的作用的。

比如说储存能量,维持电路电流的稳定,信号延时,同时也可以用于滤除一些杂波,抑制电磁波干扰等等,保证电路的稳定性,没有电感,电路板可能都不能稳定的运行。

在电感的种类中,还有一个非常重要的一对组合,那就是共模电感和差模电感。

共模电感和差模电感听着好像差别不大,但是实际上在使用领域,功能,外观结构等方面都是有比较大的差别的。

  • 外观结构

共模电感的外观结构上一般会是一个4端引脚的器件,在内部结构上,是由两组线圈对称地绕制在磁芯上,这两组线圈上有相同的匝数和线径的,不过绕向方向相反。

差模电感在结构上和共模电感有一个很明显的区别,就是它是只有两个引脚,是绕在单个磁芯上的一个线圈。

这样的结构在使用时也是非常的简单,就是直接连接在需要滤除差模干扰的线路上面就可以了,在整个的结构外观大小上,差模电感也会相比于共模电感要更小一些。

  • 工作原理

共模电感工作起来的原理充分利用了电磁感应定律,当共模电流,大小与方向都相同的干扰电流经过这个对称的线圈时,根据高中物理的右手螺旋定律,线圈内会产生同向的磁场,这些磁场会有什么效果呢?

它会使得磁芯呈现很大的电感量,会对共模电流产生很大的阻尼效果,从而达到衰减干扰的效果。

当差模电流流经共模电感时,因为差模信号是大小相同,方向相反的,所以产生的磁场方向就是相反的,会相互抵消,使得磁芯的电感量几乎是没有的,所以对于差模干扰的阻碍作用就几乎没有,差模信号可以非常顺利的通过共模电感。

差模电感工作起来同样是利用了电磁感应定律,当差模电流,大小相同,方向相反的干扰电流经过线圈时,就会在差模电感的线圈中产生磁场,使得磁芯会出现较大的电感量,它会对于差模电流产生很大的阻尼效果,抑制住差模噪声的传播,从而达到衰减干扰的效果。

当共模电流流经差模电感时,因为共模信号是大小相同,方向相同的,所以它们在差模电感上产生的磁场就是相关的,会有相互抵消的效果,使得磁芯的电感量几乎抵消为0,对于共模信号几乎没有什么阻碍效果,共模信号同样可以非常顺利的通过差模电感。

  • 使用场景

共模电感的使用场景一般会在开关电源上使用的比较多,在开关电源的输入滤波电路中,共模电感是必须得有的,并且因为开关电源在工作的时候会存在大量的电磁干扰,所以就需要对这些干扰想办法进行抑制,防止对于自己或者对于其他设备产生影响和干扰。

加入共模电感可以非常有效的对于电网中传入的共模干扰进行抑制,另一方面也可以防止开关电源产生的干扰传递到电网中,确保电源的稳定性和整个系统运行的稳定性。

同时在一些高速信号模块中,比如USB,HDMI等,共模电感也会被应用上,因为高速信号的传输速率很快,对信号完整性的要求更高,加入共模电感可以用于抑制接口处的共模噪声,避免接口处的噪声影响高速信号的质量,从而保证信号数据的稳定传输,保证高速模块的稳定通信与运行。

差模电感就使用更加广泛了,两个脚都电感,那在电路原理图上不是非常常见?在实际中对于一些差模干扰比较敏感的电路中,都发挥着关键的作用。

比如在DCDC模块的电路输入输出滤波,因为在DCDC转换电路中,它工作时候会产生非常多的差模噪声,这些差模噪声如果不去想办法进行滤除的话,就会非常影响电压的稳定性以及纯净度,所以需要加入差模电感,保证输出电压的稳定,也保证后级电路有可靠的电源。

同时差模电感也可用于一些信号的滤波,比如在音频信号上,因为外界的干扰可能会引入差模噪声,使得音频信号的质量收到干扰,加入差模电感可以有效的对这些差模干扰进行抑制,降低噪声,直观表现上就是听到的音频声音更加清晰,更加纯净了。