在電力電子設(shè)備的電磁兼容(EMC)設(shè)計中,共模電感與整流橋是兩大核心器件,二者的安裝順序直接影響設(shè)備的抗干擾能力、運行穩(wěn)定性及器件壽命。共模電感作為抑制共模干擾的關(guān)鍵元件,其置于整流橋前或橋后,會形成截然不同的濾波邏輯和工作特性,適配不同的應用場景。
共模電感又稱共模扼流圈,由兩個匝數(shù)相等、繞向相反的線圈對稱繞制在同一鐵氧體磁芯上,核心特性是“共模高阻、差模低阻”——對同向流動的共模干擾信號呈現(xiàn)高阻抗,將其能量轉(zhuǎn)化為熱能耗散;對反向流動的差模有用信號呈現(xiàn)低阻抗,確保其無損通過,這是其實現(xiàn)EMI濾波的物理基礎(chǔ)。整流橋則主要負責將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為脈動直流電,為后級電路提供穩(wěn)定的直流電源,是AC-DC轉(zhuǎn)換的核心環(huán)節(jié)。二者安裝順序的差異,本質(zhì)是改變了共模電感的濾波對象和工作工況。
二者最核心的區(qū)別的是濾波對象與干擾抑制方向不同,這也是決定安裝位置的核心因素。當共模電感置于整流橋前時,其直接串聯(lián)在電網(wǎng)與整流橋之間,濾波對象是電網(wǎng)側(cè)輸入的外部共模干擾,同時抑制設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的干擾反向注入電網(wǎng),起到“雙向濾波”的作用。電網(wǎng)環(huán)境中存在大量高頻干擾,如工業(yè)設(shè)備啟停產(chǎn)生的脈沖干擾、射頻設(shè)備輻射的電磁干擾等,這些干擾以共模電流的形式附著在火線和零線上,共模電感可提前將其衰減,避免干擾穿透到整流橋及后級電路,防止整流橋因電壓毛刺出現(xiàn)擊穿損壞,同時保護后級精密IC芯片和功率器件的正常工作。
當共模電感置于整流橋后時,其濾波對象轉(zhuǎn)變?yōu)檎鳂蜉敵龆说膬?nèi)部共模干擾,僅起到“單向濾波”作用。整流橋工作時,二極管的導通與截止會產(chǎn)生高頻尖峰干擾,同時后級開關(guān)電路的高頻開關(guān)動作也會產(chǎn)生共模噪聲,這些干擾若不加以抑制,會影響后級電路的穩(wěn)定性,但此時共模電感無法阻擋電網(wǎng)側(cè)的外部干擾,外部干擾會直接進入整流橋,可能導致整流橋工作異常,甚至影響整個設(shè)備的運行精度。此外,整流橋后的共模電感可與后級輸出電容組合,進一步加強濾波效果,尤其對傳導干擾的改善更為明顯。
工作環(huán)境與器件損耗的差異,是二者安裝位置選擇的重要考量。共模電感置于整流橋前時,直接承受電網(wǎng)輸入的交流電壓和瞬時浪涌電壓,工作環(huán)境更為惡劣。電網(wǎng)中的浪涌電壓(如雷擊、電網(wǎng)波動)會直接作用于共模電感,要求其具備更高的耐壓等級和抗飽和能力,否則容易出現(xiàn)磁芯飽和、線圈燒毀等問題。同時,電網(wǎng)側(cè)的大電流沖擊也會增加共模電感的銅損和鐵損,導致器件溫升升高,需選用更大體積、更高功率的共模電感,無形中增加了設(shè)計成本和安裝空間。
相比之下,共模電感置于整流橋后時,工作環(huán)境更為溫和。整流橋輸出的脈動直流電經(jīng)過電容濾波后,電壓波動大幅減小,共模電感承受的電壓和電流沖擊顯著降低,無需過高的耐壓等級,器件損耗更小,溫升更低,可選用體積更小、功率更低的共模電感,有利于電路的小型化設(shè)計,同時降低成本。在功率相對較大的電路中,這種優(yōu)勢更為明顯,將共模電感移至整流橋后,可有效降低其溫度,延長器件使用壽命。但需注意,整流橋后的共模電感會承受脈動直流帶來的電流紋波,長期工作可能導致磁芯損耗增加,需合理選擇磁芯材質(zhì)。
對整體電路性能的影響,進一步區(qū)分了二者的適用場景。共模電感置于整流橋前時,可有效提升設(shè)備的EMC抗干擾等級,尤其能滿足嚴苛的EMC認證要求,這也是大多數(shù)通用電子設(shè)備(如電源適配器、家用電器)采用這種安裝方式的核心原因。同時,提前濾波可減少干擾對整流橋的影響,確保整流輸出的直流電更加平穩(wěn),為后級電路提供穩(wěn)定的供電基礎(chǔ),減少因干擾導致的設(shè)備重啟、數(shù)據(jù)錯誤或性能下降等問題。但這種方式會增加共模電感的負擔,若選型不當,可能導致輸入電壓壓降過大,影響設(shè)備的正常啟動。
共模電感置于整流橋后時,對設(shè)備的EMC抗干擾等級提升有限,僅能滿足簡易設(shè)備或內(nèi)部干擾較小場景的需求,無法抵御電網(wǎng)側(cè)的強干擾,因此不適用于工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備等對EMC要求較高的場景。但這種安裝方式可減少共模電感對輸入電壓的影響,避免出現(xiàn)電壓壓降過大的問題,同時簡化電路設(shè)計,降低成本,適用于小型便攜式設(shè)備、簡易電源等對體積和成本敏感,且工作環(huán)境干擾較小的場景。此外,在部分復雜電路中,會采用“整流橋前+橋后”雙共模電感的設(shè)計,形成兩級共模濾波,兼顧外部干擾抑制和內(nèi)部干擾衰減,進一步提升電路的EMC性能,但會增加設(shè)計復雜度和成本。
在實際選型和安裝中,還需注意一些細節(jié)差異。共模電感置于整流橋前時,需搭配安規(guī)電容、壓敏電阻等器件,形成完整的EMI濾波電路,進一步提升抗浪涌和抗干擾能力,同時需考慮共模電感的漏感對差模干擾的抑制作用,可利用漏感形成適量的差模電感,提升整體濾波效果。置于整流橋后時,需注意與后級濾波電容的匹配,避免出現(xiàn)諧振現(xiàn)象,同時需選用高頻特性更好的共模電感,以應對整流橋和后級開關(guān)電路產(chǎn)生的高頻干擾。
綜上,共模電感置于整流橋前與橋后的區(qū)別,本質(zhì)是濾波方向、工作環(huán)境和性能側(cè)重點的差異。整流橋前安裝更側(cè)重抵御外部干擾、保護整個電路,適配對EMC要求高、工作環(huán)境復雜的場景;整流橋后安裝更側(cè)重抑制內(nèi)部干擾、實現(xiàn)小型化低成本設(shè)計,適配干擾較小、對體積和成本敏感的場景。在實際電路設(shè)計中,需結(jié)合設(shè)備的應用場景、EMC要求、成本預算和體積限制,合理選擇安裝位置,同時做好共模電感的選型和周邊電路的匹配,才能實現(xiàn)電路的穩(wěn)定運行和最優(yōu)的濾波效果,滿足不同設(shè)備的設(shè)計需求。





