【成功案例】汽车音频功率放大器选择Laird共模电感，成功抑制共模噪声

时间： 2019-02-13 来源：世强

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作为硬件工程师，除了实现产品功能，还要保证产品具有稳定的性能，而良好的EMC（电磁兼容）就是产品性能指标当中非常重要的一项。对于大部分硬件工程师而言，EMC问题都是难以捉摸，非常棘手的。EMC问题归结起来可以分为两个方面：EMI和EMS，换句话说就是产品本身对外的干扰和产品对外界干扰的免疫能力。本文仅以产品本身对外的干扰为中心，介绍共模电感电感在抑制产品对外干扰方面的作用，以及如何选择合适的共模电感。

产品对外的干扰又有共模与差模之分。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。

图1.共模干扰信号图示

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。

图2.差模干扰信号图示

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。

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，这是抑制和防止共模干扰的一项重要措施。共模电感就是用于抑制共模干扰非常直接有效的手段。如下图3所示，当共模电流ICM1和ICM2流过共模电感时，由于共模电感中的两条绕线方向相反，所以共模电感上流过共模电流时磁环中的磁通相互叠加，从而具有相当大的电感量，对共模电流起到抑制作用。

图3.共模电感对共模电流抑制的原理示意图

那么在实际应用中该如何选择共模电感呢？如下几点是在选型时必须要考虑的：

确定需要抑制的干扰信号的频率，根据共模电感的阻抗特性，选择在该频段内阻抗尽量高的共模电感，以LAIRD CM0805C221R-10为例，如下图4，在100MHz处其阻抗为220Ω，随着频率的增加其阻抗也在急剧增加，此电感对于高频噪声有很好的抑制作用；
估算电路中的电流，保证流过共模电感的电流不超过其额定值，否则会造成电感饱和而失去作用；
对于电流较大的电源电路还需要关注共模电感的DCR，过大的DCR会产生压降，而且会导致共模电感发热甚至烧毁；

图4.CM0805C221R-10阻抗特性曲线

笔者曾经遇到过一个汽车音频功率放大器项目，在测试传导电流法时，95.8MHz超出均值限值0.09dB（限值-16dB），如下图5所示。经过排查发现，此处的噪声来自于音频总线，如图6是该总线电路的示意图，在尝试现有电路电路上调整滤波电路之后，并没有明显的改善效果。由于之前的设计中总线中未加共模电感，所以对于共模噪声的抑制效果不理想。从测试数据上可以看到超标点在95.8MHz，所以需要找一款在此频段阻抗尽量高的共模电感。通过比市场上不同规格的共模电感，最终选择了Laird的CM0805C221R-10，该器件在100MHz处的阻抗达到220Ω，同时其他指标也都能满足需求。在原有PCB连接器处手动增加该共模电感后，噪声被明显压制下来，符合客户的规格要求，如图7所示。

图5.传导测试电流法测试fail

图6.音频总线电路图（红色圈出部分为增加的共模电感，原电路中没有此器件）

图7.传导测试电流法测试pass

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2017年01月01日 - LAIRD - 选型指南代理服务技术支持批量订货

惠州市德立电子（DDY）有限公司，成立于1991年。主要产品：高频贴片绕线电感、晶片共模电感、磁环电感、SMD功率电感、汽车电感、工字扼流电感、R棒线圈、无线充电线圈、色码电感、EMI抑制器、网络变压器、电源变压器、电抗器、滤波器、共模电感器等。

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小型化/集成化/高性能电磁器件专家祥如电子授权世强硬创代理

电磁器件产品包括ACM电感、共模电感、一体电感、功率电感、差模电感等多种类型。

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