<aside> 💡 通过一个市电滤波器,讨论X、Y型安规电容和共模扼流圈和差模扼流圈的作用和用途。

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引言

下图是一个市电输入滤波器,用到了差模电感和共模电感以及X型和Y型的安规电容。这里就简单说一下这些器件的作用和用法。

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安规电容 AC Safety Capacitor

安规电容是对抑制电源电磁干扰所用固定电容器的统称,安规电容主要应用在当电容器时效后,不会导致电击、不危及人身安全。此外采用阻燃材质,避免导致火灾事故发生。

图二:X电容和Y电容

图二:X电容和Y电容

X电容抑制差模干扰,Y电容抑制共模干扰;X电容是uF级,Y电容是nF级;X电容常采用金属化聚丙烯薄膜(MPX),Y电容常采用高压瓷片;X电容连接在跨线L—N之间,Y电容连接在跨线L—G / N—G之间。

在火线和零线抑制之间并联的电容,一般称之为X电容,比如图一的C1。作为安全电容之一的X电容,也要求必须取得安全检测机构的认证。X电容一般都标有安全认证标志和耐压AC250V或AC275V字样,但其真正的直流耐压高达2000V以上,使用的时候不要随意使用标称耐压AC250V或者DC400V之类的的普通电容来代用。通常,X电容多选用纹波电流比较大的聚脂薄膜类电容。这种类型的电容,体积较大,但其允许瞬间充放电的电流也很大,而其内阻相应较小。普通电容纹波电流的指标都很低,动态内阻较高。用普通电容代替X电容,除了电容耐压无法满足标准之外,纹波电流指标也难以符合要求。

安规电容安全等级是应用中允许的峰值脉冲电压过电压等级(IEC664),比如下图是X2电容。

图二:某X2型电容

图二:某X2型电容

X1 >2.5kV ≤4.0kV Ⅲ

X2 ≤2.5kV Ⅱ

X3 ≤1.2kV ——

在火线和地线之间以及在零线和地线之间并接的电容,一般统称为Y电容。比如图中的C2和C3。Y电容外观多为橙色或蓝色,一般都标有安全认证标志(如UL、CSA等标识)和耐压AC250V或AC275V字样。然而,其真正的直流耐压高达5000V以上。

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共模和差模扼流圈 Common Mode Choke Differential Mode Choke

共模电感是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件,它由两个尺寸相同,匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上,形成一个四端器件,要对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用,而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。

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如左图所示,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,而当两线圈流过差模电流时,磁环中的磁通相互抵消,几乎没有电感量,所以差模电流可以无衰减地通过。因此共模电感在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号,而对线路正常传输的差模信号无影响。

换一个方式理解:当V+上流过一个频率的共模干扰,形成的交变磁场,会在另一个线圈上形成一个感应电流,根据左手定则,感应电流的方向与V-上共模干扰的方向相反,就抵消了一部分,减小了共模干扰。

共模电感主要用于双线或者差分系统,如220V市电、CAN总线、USB信号、HDMI信号等等。用于滤除共模干扰,同时有用的差分信号衰减较小。

共模电感选型需要注意一下几点:

· 直流阻抗要低,不能对电压或有用信号产生较大影响;