共模電感(雙繞組濾波電感)計算器
買了現成的共模電感,不知道怎麼用、配多大的電容?填規格書上的電感量和你要用的 Y、X 電容,立刻畫出濾波衰減曲線,看 150 kHz–30 MHz 的雜訊能壓下多少 dB,並附接線圖與使用步驟。要自己繞的話,也可以從環形磁芯尺寸算圈數、線徑與直流電阻。
濾波衰減曲線接線圖與使用步驟Y/X 電容截止頻率自己繞:圈數與線徑
現成共模電感怎麼接
- 看規格書四個數字:電感量(每組,mH)、額定電流(要大於實際電流的 1.2–1.5 倍)、直流電阻(越小越不發熱)、阻抗曲線(看你要擋的頻率阻抗夠不夠大)。
- 四支腳兩兩一組:一組串在 L 線(L 進、L′ 出),另一組串在 N 線(N 進、N′ 出)。規格書上有黑點的兩腳要在同一側(都接電源側),電源電流的磁通才會互相抵消。
- 不要接錯:如果把同一組線圈的兩腳分別接到 L 和 N,等於把電源短路;如果一組接反,電源電流不再抵消,磁芯會飽和、發燙、失去濾波效果。裝好後先用電錶量:同一組兩腳之間應該是接近 0 Ω(只有直流電阻),兩組之間應該不通。
- 電容怎麼配:X 電容跨在 L、N 之間(擋差模雜訊),用安規 X2 電容;Y 電容從 L′、N′ 各接一顆到地線 PE 或金屬機殼(擋共模雜訊),用安規 Y1/Y2 電容,容量受漏電流限制,常用 2.2–4.7 nF。
- 擺放位置:放在電源入口最靠近插座的地方,輸入線與輸出線分開走、不要交叉或並排,地線要短而粗,否則雜訊會繞過濾波器。
- 用上面的曲線判斷:傳導干擾法規量 150 kHz–30 MHz,曲線在這一段衰減越多越好;不夠時加大電感、加大 Y/X 電容(Y 電容有上限),或再串一級濾波。
原理與公式
插入損耗(50 Ω/50 Ω 量法,CISPR 17):IL = 20·log10 | (2 − ω²LC)·50 + j·(ωL + 2500·ωC) | / 100 (dB)
共模:L = 每組電感,C = 2·CY(兩顆 Y 電容並聯對地) 差模:L = 2·L漏,C = CX
共模截止 fCM = 1 / (2π·√(L · 2CY)) 差模截止 fDM = 1 / (2π·√(2L漏 · CX))
高頻估算:L(f) = L / √(1 + (f / fc)²),fc 為磁芯導磁率開始下降的頻率
自己繞:AL = 0.2·μ·Hmm·ln(OD/ID)(nH/N²) L = AL·N² 線徑 d = 2·√(I / (J·π)) 直流電阻 R = 0.0172·長度 / 截面積
共模:L = 每組電感,C = 2·CY(兩顆 Y 電容並聯對地) 差模:L = 2·L漏,C = CX
共模截止 fCM = 1 / (2π·√(L · 2CY)) 差模截止 fDM = 1 / (2π·√(2L漏 · CX))
高頻估算:L(f) = L / √(1 + (f / fc)²),fc 為磁芯導磁率開始下降的頻率
自己繞:AL = 0.2·μ·Hmm·ln(OD/ID)(nH/N²) L = AL·N² 線徑 d = 2·√(I / (J·π)) 直流電阻 R = 0.0172·長度 / 截面積
兩組線圈圈數相同、方向相反:電源的去程與回程電流(差模)在磁芯裡的磁通互相抵消,大電流也不會讓磁芯飽和;同方向流動的共模雜訊則看到完整電感量。差模只看到少量漏感,所以擋差模雜訊主要靠 X 電容。實際衰減還受電源與設備阻抗、配線與接地影響,曲線為設計參考,請以實測為準。
常見問題 FAQ
- 買現成的共模電感,要選幾 mH?
- 先決定要擋的最低頻率:共模截止頻率要低於 150 kHz(傳導干擾量測起點),衰減才會從量測頻段一開始就有效。用本工具填電感量和 Y 電容,看截止頻率和曲線;一般 AC 電源常用 5–30 mH,額定電流要大於實際電流。
- 共模電感和一般電感有什麼不同?
- 一般電感只有一組線圈,所有電流都會在磁芯裡產生磁通;共模電感有兩組圈數相同、方向相反的線圈,電源電流的磁通互相抵消,所以可以用小磁芯做出好幾 mH,又不怕大電流飽和。
- 為什麼高頻的衰減曲線會往下掉?
- 錳鋅鐵氧體的導磁率在幾百 kHz 到 1 MHz 以上會開始下降,電感量跟著變小;虛線就是考慮這個效應的估算。要擋 10 MHz 以上的雜訊,可改用奈米晶或鎳鋅材質的電感,或另加高頻磁珠。實際請以電感規格書的阻抗曲線為準。
- Y 電容可以加大嗎?
- Y 電容接在線與大地之間,容量越大漏電流越大,醫療與家電都有漏電流上限(常見每顆 2.2–4.7 nF)。要更好的共模濾波,通常是加大共模電感或增加一級濾波。
- 兩組線圈之間為什麼要留間隔(自己繞)?
- 間隔可以提高兩組之間的耐壓(安規要求),也讓漏感穩定;窗口填充率一般 30% 以內好繞,40% 是實務上限。
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