來源：一個小小可愛的PingPong球；作者：RamboLiu

共模浪涌以前沒有特別關注過，最近看到幾個類似的應用，因此結合DeepSeek強大的功能與網上搜集到的經驗分享，稍作整理歸納，供被共模浪涌困擾的小伙伴簡單參考。

講到浪涌抑制不得不先介紹一下EMC核心產品之一，共模電感，是一種用于抑制共模噪聲的電子元件，廣泛應用于電源、通信和信號線路中。它的主要作用是濾除電路中的共模干擾信號，同時允許差模信號(有用信號)通過。

共模電感的結構

共模電感通常由兩個繞組(線圈)繞制在同一個磁芯上組成，這兩個繞組的匝數相同，繞制方向相同。其結構特點如下：

- 雙繞組設計：兩個繞組分別串聯在電路的兩條信號線上。

- 磁芯材料：通常采用高磁導率的鐵氧體材料，以增強電感量。

- 對稱性：兩個繞組在磁芯上的繞制方式對稱，確保對共模噪聲的抑制效果一致。

共模電感的工作原理

共模電感的工作原理基于電磁感應的基本原理：

1. 共模噪聲抑制：當共模噪聲電流流過兩個繞組時，由于電流方向相同，會在磁芯中產生疊加的磁場，從而產生較大的感抗(阻抗)。這種感抗會阻礙共模噪聲電流的通過，從而抑制共模噪聲。

2. 差模信號通過：當差模信號(有用信號)流過兩個繞組時，由于電流方向相反，在磁芯中產生的磁場會相互抵消，因此對差模信號的感抗很小。這樣，差模信號可以幾乎無損耗地通過共模電感。

共模電感的阻抗特性

1. 對共模噪聲：共模電感呈現高阻抗，能夠有效抑制共模噪聲。

2. 對差模信號：共模電感呈現低阻抗，允許差模信號順利通過。

共模浪涌對共模電感的影響

1. 磁芯飽和：共模浪涌通常伴隨著大電流，可能導致共模電感的磁芯飽和。磁芯飽和后，電感量急劇下降，導致共模電感的抑制效果顯著減弱，無法有效濾除共模噪聲。

2. 繞組過熱：大電流通過共模電感的繞組時，會產生焦耳熱(I2R損耗)，可能導致繞組溫度升高。如果浪涌持續時間較長或能量較大，可能損壞繞組的絕緣層，甚至燒毀共模電感。

3. 絕緣擊穿：共模浪涌的高電壓可能超過共模電感的絕緣耐壓極限，導致繞組之間或繞組與磁芯之間發生擊穿。絕緣擊穿會直接損壞共模電感，甚至引發短路故障。

4. 性能下降：即使共模電感未完全損壞，多次承受浪涌沖擊后，其磁芯和繞組的性能可能逐漸退化，導致電感量下降、損耗增加，最終影響其濾波效果。

共模電感在抑制共模浪涌中的作用

盡管共模電感可能受到共模浪涌的影響，但它仍然是抑制共模浪涌的重要元件之一。其作用主要體現在：

1. 抑制高頻噪聲：共模電感對高頻共模噪聲有較好的抑制作用，可以減少浪涌中的高頻分量。

2. 延緩浪涌上升時間：共模電感的感抗可以延緩浪涌的上升時間，從而降低浪涌的峰值電壓和電流。

3. 與其他保護器件配合：共模電感通常與TVS二極管、壓敏電阻(MOV)、氣體放電管(GDT)等浪涌保護器件配合使用，形成多級保護電路，提高系統的抗浪涌能力。

應對共模浪涌的措施

為了減少共模浪涌對共模電感的影響，并提高電路的抗浪涌能力，可以采取以下措施：

1. 選擇合適的共模電感：

- 高飽和電流：選擇磁芯飽和電流較高的共模電感，以承受較大的浪涌電流;

- 高絕緣耐壓：選擇絕緣耐壓等級較高的共模電感，以承受浪涌的高電壓;

- 耐高溫材料：選擇耐高溫的繞組和磁芯材料，以提高抗浪涌能力。

2. 增加浪涌保護器件：

- TVS二極管：在共模電感后并聯TVS二極管，用于鉗位浪涌電壓;

- 壓敏電阻(MOV)：在輸入端并聯壓敏電阻，吸收浪涌能量;

- 氣體放電管(GDT)：用于泄放大電流浪涌，保護后續電路。

3. 多級保護設計：采用多級保護電路，例如：第一級使用GDT或MOV進行粗保護，第二級使用共模電感抑制高頻噪聲，第三級使用TVS二極管進行精細保護。這種設計可以分散浪涌能量，減少對單個器件的沖擊。

4. 優化電路布局：將共模電感盡量靠近輸入端，以減少浪涌對后續電路的影響。確保共模電感的接地良好，以提供有效的共模噪聲泄放路徑。

共模電感搭配過壓保護器件抑制共模浪涌方案分析

從前面的分析可以看出，共模浪涌對共模電感的影響主要體現在磁芯飽和、繞組過熱、絕緣擊穿和性能下降等方面。因此除了電感本身的設計，也可以通過外部電路的協助來實現浪涌抑制的調整，該方案的探討主要目的是削減共模感應電壓，從而減少或規避電感本身絕緣擊穿或者端子間的放電拉弧現象，從而保證共模浪涌的能量可靠抑制。

1.通過PCB加放電齒的方式，共模浪涌在共模電感兩端感應高電壓之后，利用絕緣擊穿尖端放電的原理，實現了能量的泄放，防止因為共模過壓導致的對后級電路的二次傷害。但是加放電齒長時間使用會出現氧化甚至碳化的情況，同時不能涂刷三防漆。

2. 共模電感并聯壓敏電阻MOV，該方案具有較高的性價比，能量吸收能力強，有貼片與插件多種可選，但是壓敏電阻本身的結電容較大，通常在幾百pF以上，因此對于線路EMI設計會有影響，需要重點考慮。

3. 共模電感并聯氣體放電管GDT，氣體放電管有貼片與插件可選，最大的優點就是結電容小，通常在1pF以下，對于EMI影響較小，同時具有高浪涌吸收能力。

4. 共模電感并聯固體放電管SIDACtor，固體放電管最大優點就是半導體結構，響應速度快，同時不會有壽命衰減的限制，可靠性較高，該產品有貼片小尺寸DO-214AB封裝，目前在OBC上已經廣為認可，缺點就是結電容較大，在200-300pF左右，因此選用之后需要對EMI重點設計。

我們知道一般共模回路都會直接加壓敏電阻與氣體放電管串聯接地，起到抑制共模浪涌的作用，但是對于一些共模電壓過高的情況可以考慮上述方案，或者因為高壓絕緣檢測的要求，氣體放電管必須選擇高壓2500-3000V的時候，該方案適用。對于共模已經添加低壓氣體放電管對地，高壓絕緣檢測的時候通過松開氣體放電管與地端連接的螺絲方式，那么無需考慮該方案。

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