细说共模干扰和差模干扰(四个腿的电感是什么？有什么作用？)

通常电源线有三根线，火线L，零线N和地线PE。电压和电流的变化通过导线传输时有两种形态, 一种是两根导线分别做为往返线路传输, 我们称之为"差模"；另一种是两根导线做去路,地线做返回传输, 我们称之为"共模"。

如上图, 蓝色信号是在两根导线内部作往返传输的，我们称之为"差模"；黄色信号是在信号与地线之间传输的，我们称之为"共模"。

从电源角度，将带有电路的印刷电路板（PCB）装在壳体中，并由外部给电的共模和差模示例图如下：

差模噪声产生在电源线之间，是噪声源对于电源线串联进入，噪声电流与电源电流方向相同。由于往返方向相反而被称为“差模（Differential mode）”。共模噪声是经杂散电容等泄漏的噪声电流经由大地返回电源线线的噪声。因电源的（＋）端和（－）端流过的噪声电流方向相同而被称为“共模（Common mode）”。在电源线间不产生噪声电压。 

 二、共模干扰与差模干扰

 任何两根电源线上所存在的干扰，均可用共模干扰和差模干扰来表示。共模干扰在导线与地（机壳）之间传输，属于非对称性干扰，它定义为任何载流导体与参考地之间的不希望有的电位差；差模干扰在两导线之间传输，属于对称性干扰,它定义为任何两个载流导体之间的不希望有的电位差。在一般情况下，共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小。

2.1共模干扰信号     

共模干扰的电流大小不一定相等，但是方向（相位）相同的。电气设备对外的干扰多以共模干扰为主，外来的干扰也多以共模干扰为主，共模干扰本身一般不会对设备产生危害，但是如果共模干扰转变为差模干扰，干扰就严重了，因为有用信号都是差模信号。

2.2差模干扰信号

 差模干扰的电流大小相等，方向（相位）相反。由于走线的分布电容、电感、信号走线阻抗不连续，以及信号回流路径流过了意料之外的通路等，差模电流会转换成共模电流。

2.3共模干扰产生原因

1. 电网串入共模干扰电压。

2. 辐射干扰（如雷电，设备电弧，附近电台，大功率辐射源）在信号线上感应出共模干扰，原因是交变的磁场产生交变的电流，地线－零线回路面积与地线－火线回路面积不相同，两个回路阻抗不同等原因造成电流大小不同。

3.接地电压不一样，简单的说就电位差而造就了共模干扰。

4.设备内部的线路对电源线造成的共模干扰。

2.4共模干扰电流

共模干扰一般是以共模干扰电流存在的形式出现的，一般情况下共模干扰电流产生的原因有三个方面：

1. 外界电磁场在电路走线中的所有导线上感应出来电压（这个电压相对于大地是等幅和同相的），由这个电压产生的电流。

 2. 由于电路走线两端的器件所接的地电位不同，在这个地电位差的驱动下产生的电流。

 3. 器件上的电路走线与大地之间有电位差，这样电路走线上会产生共模干扰电流。

2.5注意事项

1.器件如果在其电路走线上产生共模干扰电流，则电路走线会产生强烈的电磁辐射，对电子、电气产品元器件产生电磁干扰，影响产品的性能指标；

2.当电路不平衡时，共模干扰电流会转变为差模干扰电流，差模干扰电流对电路直接产生干扰影响。对于电子、电气产品电路中的信号线及其回路而言：差模干扰电流流过电路中的导线环路时，将引起差模干扰辐射，这种环路相当于小环天线，能向空间辐射磁场，或接收磁场。

3. 共模干扰主要集中在1MHz以上。这是由于共模干扰是通过空间感应到电缆上的，这种感应只有在较高频率时才容易发生。但有一种例外，当电缆从很强的磁场辐射源(例如，开关电源)旁边通过时，也会感应到频率较低的共模干扰。

 三、如何抑制共模干扰

共模干扰作为EMC干扰中最为常见且危害较大的干扰，我们抑制它最直接的方法就是滤波。

在电路中串入共模电感，当有共模干扰电流流经线圈时，由于共模干扰电流的同向性，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，以此衰减共模干扰电流，达到滤波的目的；当电路中的正常差模电流流经共模电感时，电流在同相绕制的共模电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消，因而对正常的差模电流基本没有衰减作用。

案例  USB 信号上的共模干扰抑制方法

USB 端口的滤波处理－使用共模电感

USB 传输线上的信号是差分信号而干扰源是共模干扰信号，在传输线上串上共模电感能较好的抑制共模干扰，而对有用的差分信号没有任何衰减。

USB 高速运行会在DM/DP信号线上产生很强的共模干扰

电路中加入滤波器－共模电感后共模干扰信号得到有效抑制，如果共模干扰源是在电源回路，可使用共模电容来抑制干扰信号。

在电路中引入共模电容，则共模电容提供最短的路径使共模干扰信号被旁路，从而抑制共模干扰的产生。如果电源回路同时还存在差模干扰，使用差模电容来抑制干扰。

在电路中引入差模电容，则差模电容提供最短的路径使差模干扰信号被旁路，从而抑制差模干扰的产生。共模干扰作为EMC干扰中最为常见且危害很大的干扰,抑制它的方法除了滤波外，还可以通过对信号线路进行屏蔽，在PCB 板上大面积铺地降低地线阻抗来减少共模信号强度等方法。

我们常见的电感是两个腿的，叫做差模电感。今天和大家介绍四个腿的共模电感。

差模电流与共模电流

差模电流：在一对差分信号线上，大小相同，方向相反的一对信号，一般是电路中的工作电流，对于信号线就是信号线与信号地线之间流动的电流。

共模电流：在一对差分信号线上，大小相同，方向相同的一对信号(或噪音)。在电路中，一般对地噪音一般都是以共模电流的方式传输的，所以又称为共模噪声。

差模电流与共模电流

抑制共模噪声的方法多种多样，除了从源头去减少共模噪声外，通常我们抑制最常用的方法就是使用共模电感来滤除共模噪声，也就是将共模噪声阻挡在目标电路外面。即在线路中串联共模扼流器件。这样做的目的是增大共模回路的阻抗，使得共模电流被扼流器所消耗和阻挡(反射)，从而抑制线路中的共模噪声。

共模扼流器或电感的原理

若在以某种磁性材料的磁环上绕上同向的一对线圈，当交变电流通过时，因为电磁感应而在线圈中产生磁通量。对于差模信号，产生的磁通量大小相同、方向相反，两者相互抵消，因而磁环产生的差模阻抗非常小；而对于共模信号，产生的磁通量大小和方向均相同，两者相互叠加从而使磁环产生了较大的共模阻抗。这一特性使得共模电感对于差模信号的影响较小，而对共模噪声具有很好的滤波性能。

1) 差模电流通过共模线圈，磁力线方向相反，感应磁场削弱，从如下图磁力线方向可以看出—实线箭头表示电流方向，虚线表示磁场方向

2) 共模电流通过共模线圈，磁力线方向相同，感应磁场加强，从如下图磁力线方向可以看出—实线箭头表示电流方向，虚线表示磁场方向。

共模线圈的电感或者称为自感系数，我们知道电感是表征产生磁场的能力。对于共模线圈或者共模电感，当共模电流流过线圈时，由于磁力线方向相同，在不考虑漏感的情况下，磁通量叠加，其原理是互感。下图红色线圈产生的磁力线穿过蓝色线圈，同时蓝色线圈产生的磁力线也穿过红色线圈，彼此相互感应。

从电感的角度来看，电感量也是成倍增加，磁链代表了总磁通量。对于共模电感，当磁通量是原来的2倍时，匝数没有发生变化，电流也没没有发生变化，此时电感量增加为原来的2倍，意味着等效磁导率变为原来的2倍。

等效磁导率何以增加一倍，从下面的电感公式来看，由于匝数N不改变、磁路和磁芯截面积由磁芯的物理尺寸决定，因此也没有改变，唯一就是磁导率u增加了一倍，因而可以产生更多的磁通量。

所以，共模电感在共模电流通过时，工作在互感模式下。在互感的作用下，等效电感量被成倍增加，共模感抗也会成倍增加，因而对共模信号有良好的滤波作用，也就是将共模信号用大阻抗阻挡，不让其通过共模电感，即不让此信号传输到电路的下一级，如下是电感产生的感抗ZL。

认识共模电感在共模模式下的电感量，主要线索是认识互感，一切的磁性元器件。无论什么名称只要把握磁场的变化形式，透过现象看磁场变化的本质，也会容易理解。