差模电流与共模电流的区别

在电路中加入差模电容后，该电容为差模干扰信号提供了直接的旁路通道，进而有效地抑制了差模干扰。与共模干扰相似，差模干扰也是EMC干扰中的常见问题，其危害同样不容忽视。除了利用差模电容进行抑制外，还可以通过滤波、信号线路屏蔽以及降低地线阻抗等方法来减少差模干扰的影响。

共模电流，简而言之，就是电路中偏离我们期望路径的额外电流。而差模电流，则是我们可以有效控制其回流路径的电流。例如，在处理典型的时钟信号时，我们可以通过建立完善的参考地来规划信号电流的流向，进而控制整个回流区域的面积。这个被我们控制的回流区域中的电流，便被称为差模电流。依据差模辐射理论，回流区域的面积对辐射强度产生决定性影响，缩小回路面积即可有效降低辐射水平。这也解释了为何在整体的电磁干扰(EMI)测试中，差模电流并不占据主导地位。

当差模电流在印刷电路板(PCB)上流动时，由于寄生参数的影响或PCB参考层的不完整性，往往会出现串扰耦合导致的“分流”现象。这种分流情况可能会影响到原信号电流的流动路径和强度。

10mA的电流，在实际回流路径中可能仅有一部分，例如9mA，而剩余的电流则可能因串扰耦合而分流至其他路径。1mA的电流沿着其他路径流回驱动端，这一路径会导致该部分的回流面积增大。由于回流面积是影响EMI的关键因素，因此即便是较小的共模电流，也更容易引发辐射问题。此外，PCB参考地的不完整性可能导致不可预期的回流路径出现，进一步增大了环路面积。

接下来，我们来了解一下共模电感。共模电感与常见的差模电感不同，它具有四个腿，这种设计赋予了它独特的功能。在电路中，共模电感主要用于抑制共模干扰。当电路中出现共模干扰时，共模电感能够提供低阻抗路径，使干扰信号得以有效地旁路，从而保护电路免受其影响。

共模电流产生同向磁场，引起电感量显著增加，从而抑制共模噪声。共模电感通过共模电流产生的同向磁场，使磁芯呈现高阻抗，从而有效抑制共模噪声，而对差模信号的影响微乎其微。简而言之，共模电感的工作原理基于电磁感应定律。当共模电流——即大小和方向都相同的干扰电流——流经这两组绕向相反的线圈时，根据右手螺旋定则，线圈内会产生同向的磁场。这些磁场相互增强，使得磁芯呈现出显著的电感量，从而对共模电流形成有力的阻尼作用。这种阻尼效果就像是为共模电流戴上了一个紧箍咒，有效地抑制了其干扰信号的产生，确保了电路的稳定运行。

共模电感用于开关电源滤波与高速数据接口，防止电磁干扰。共模电感在电子设备中发挥着不可或缺的作用，其应用场景广泛，为各种设备的稳定运行提供了有力保障。特别是在开关电源的输入滤波电路中，共模电感显得尤为重要。由于开关电源在工作中会产生大量电磁干扰，这些干扰如不及时抑制，将对电源性能及其他设备造成不良影响。而共模电感，作为“电磁卫士”般的存在，能够高效地滤除电网传入的共模干扰，同时防止开关电源产生的干扰回馈至电网，从而确保电源输出稳定且纯净。

在USB、HDMI等高速数据传输接口中，共模电感同样扮演着不可或缺的角色。随着电子技术的飞速发展，数据传输速度日益提升，对信号质量的保障提出了更为严苛的挑战。共模电感通过有效抑制接口处的共模噪声，确保传输信号的纯净与稳定，从而为高清视频播放、大文件传输等应用场景提供了坚实的支持，让用户无需再担忧卡顿或数据错误的问题。

差模电感为单个线圈绕磁芯设计，简洁且占用空间小。差模电感，又称差分模式扼流圈，其结构简约而不失高效。它仅由一个线圈绕制在单个磁芯上构成，仅需两个引脚连接，类似于一根绳子紧紧地缠绕在一根柱子上。这种简洁的设计使得差模电感在接入电路时变得异常便捷，只需将其连接至需要滤波的信号线路上即可。此外，从外观上看，差模电感通常体型更为紧凑，相较于共模电感更显小巧精致。

差模电流在差模电感中产生磁场，有效抑制差模噪声。差模电感通过差模电流产生的磁场，使磁芯呈现高阻抗，主要针对差模噪声进行抑制，同时对共模信号的影响也极小。当一对大小相等、方向相反的干扰电流——差模电流，流经差模电感的线圈时，线圈内部会产生磁场。由于线圈是绕制在磁导率极高的磁芯上，因此磁场会受到磁芯的强烈约束，导致磁芯呈现出显著的电感量。这个电感量犹如一道屏障，对差模电流形成显著的阻抗，进而有效地遏制了差模噪声在电路中的传播，确保了信号的纯净与稳定。

为了更好地理解差模电流与共模电流的区别，我们有必要进行一番探讨。差模电流是指在一对差分信号线上流动的电流，其特点是一对信号线上的电流大小相同、方向相反。这种电流通常是电路中的工作电流，对于信号线而言，就是信号线与信号地线之间的电流。而共模电流则是指在不同信号线上流动的、大小相等且方向相同的电流。这种电流的存在会对电路的性能和稳定性造成不利影响，因此需要通过适当的措施进行抑制。

共模电流，指的是在一对差分信号线上同时流动、且方向一致的电流(或噪音)。在电路中，由于地线噪音通常以共模电流的形式进行传输，因此这种电流也被称作共模噪声。

应对共模干扰的注意事项

在面对共模干扰时，我们需要关注几个关键点以确保系统的稳定性和可靠性：减少外界电磁场对电路走线的影响，通过合理的线路布局和屏蔽措施来降低感应电压。确保电路走线两端的器件接地电位一致，以减小地电位差引起的电流。留意器件电路走线与大地之间的电位差，采取适当措施来控制共模干扰电流的大小。当器件在其电路走线上出现共模干扰电流时，这会导致强烈的电磁辐射，进而对电子、电气产品的元器件造成电磁干扰，最终影响产品的性能指标。

在电路不平衡的情况下，共模干扰电流会转化为差模干扰电流，对电路产生直接干扰。对于电子、电气产品的信号线及其回路而言，差模干扰电流在流过导线环路时，会引发差模干扰辐射。这种环路类似于小环天线，能够向空间发射磁场或接收磁场。共模干扰主要出现在1MHz以上的频率范围。这是因为共模干扰通常是通过空间感应到电缆上的，而这种感应在高频率下更为容易发生。然而，也存在一种特殊情况，即当电缆从强磁场辐射源(例如开关电源)附近经过时，会感应到较低频率的共模干扰。等效磁导率之所以能增加一倍，从电感公式来看，主要是因为磁导率μ的增加。在共模电感中，匝数N保持不变，磁路和磁芯截面积由磁芯的物理尺寸决定，因此也未发生变化。唯一发生改变的是磁导率μ，其增加了一倍，从而使得能够产生的磁通量大幅增多。

因此，在共模电流流经共模电感时，它实际上是在互感模式下进行工作的。这种互感效应使得等效电感量得以显著提升，进而导致共模感抗同样大幅增加。这样的结果是对共模信号产生了出色的滤波效果，即通过高阻抗来有效地阻挡共模信号，防止其通过共模电感进入电路的下一级。以下就是电感所产生的感抗ZL的具体作用。

要深入理解共模电感在共模模式下的电感量，关键在于把握互感的概念。互感是所有磁性元器件共同的核心原理。只要我们能够洞察磁场的变化规律，透过现象揭示其本质，便能轻松理解共模电感的独特作用。