雜訊抑制濾波器指南

抗噪基本知識 [第 14 課] 電源線路中使用共模扼流圈

10/28/2014

本文提供有關在電源線路中使用共模扼流圈的相關資訊。

1. 須根據共模扼流圈的類型，謹慎處理磁飽和問題。

先前的一篇文章曾說明，共模扼流圈線圈中由差模電流產生的磁通量會相互抵消，因此無需擔心磁飽和的問題。然而，仍需謹慎對待，因為某些共模扼流圈的設計旨在同時降低部分差模雜訊。圖 1 說明了此類共模扼流圈的結構。

通常，共模扼流圈的設計旨在使兩捲線圈中由差模電流產生的磁通量盡可能相互抵銷。然而，某些共模扼流圈的設計如上圖所示，使得並非所有磁通量都會相互抵銷，而會有一部分磁通量外洩。

這意味著仍會殘留部分磁通量，從而產生差模阻抗。以此方式設計的共模扼流圈，能有效降低共模雜訊與差模雜訊。此外，由於高速訊號不會通過電源線，因此無需考量其對訊號的影響，從而能有效消除電源線雜訊。

然而，此類共模扼流圈中仍存在差模磁通，因此增加差模電流也會導致磁通洩漏增加，並容易造成磁飽和。由於電源線路中會流經較大的差模電流，因此磁飽和的影響會更加顯著。
因此，此類共模扼流圈應在不會因磁飽和而導致性能下降的範圍內使用。

此外，當使用共模扼流圈無法顯著降低電源線雜訊時，可能是因為使用了差模阻抗較大的元件，導致磁飽和，因此應檢查此點。請注意，較大的差模阻抗未必是壞事；只要在不會發生磁飽和的範圍內使用具有較大差模阻抗的元件，它們便能發揮極佳效果，因此應審慎選擇元件。圖 2 展示了一個具有較大差模阻抗的共模扼流圈特性示例。（註：由於未能找到能清楚顯示電源線用產品特性的良好特性圖，因此此特性圖展示的是訊號線用產品的特性。）

2. 交流電源線路用的共模扼流圈

迄今為止所描述的共模扼流圈，主要應用於相對低電壓的場所。然而，許多共模扼流圈實際上被用於連接至交流電源線（商用電源線）的電路中，例如開關式電源的初級側。用於這些位置的共模扼流圈通常被稱為「線路濾波器」。
這些共模扼流圈會與線路並聯電容器（X 電容器）及線路旁路電容器（Y 電容器）配合使用，其作用在於防止次級側電路產生的雜訊洩漏至初級側，並防止電源電路產生的雜訊透過電源線外洩。

跨線電容器可消除差模雜訊，而線路旁路電容器與共模扼流圈則可消除共模雜訊。增加線路旁路電容的電容值，雖能消除較低頻率的共模雜訊，但隨著電容值的增加，電流漏至地面的風險也會隨之增加，因此電容值必須控制在特定數值或以下。因此，共模扼流圈主要用於線路旁路電容器無法涵蓋的低頻範圍。此外，在某些情況下，使用正模扼流圈亦可增強差模雜訊的抑制效果。

用於交流電源線路的共模扼流圈通常安裝於高電壓環境中，因此必須具備耐高電壓的能力。絕緣性能及其他特性均由相關安全標準所規定，因此專為交流電源線路設計的共模扼流圈，其設計皆須符合這些標準。額定電壓為 250 V 交流的產品，大多能符合這些標準。然而，某些設備可能有特殊要求，此類情況請向製造商確認。