【導(dǎo)讀】理想的共模電感流過對稱的電流是不會出現(xiàn)飽和的，但實際應(yīng)用的共模電感由于其差模分量的存在，在流經(jīng)較大的電流時，仍有可能出現(xiàn)飽和。
一、等效模型
假設(shè)共模電感兩繞組對稱繞制，當兩繞組流過大小相等方向相反的電流時，其磁通如下所示：
圖 1 共模電感通過差模電流時的磁通示意圖
對于每個繞組而言，它產(chǎn)生的磁通總可以分成兩部分：
1.沒有耦合到鄰近繞組的磁通，該磁通流經(jīng)磁芯（繞組內(nèi)部）并經(jīng)空氣形成閉環(huán)，即漏磁通（差模電感）。
2.通過磁芯耦合到鄰近繞組的磁通。由于兩個繞組所產(chǎn)生的該部分磁通總是大小相等方向相反，因此其總合為0，對自感沒有貢獻。
因此，對于差模磁通而言，可以等效為兩個棒狀電感串聯(lián)。
圖 2 共模電感差模分量的等效模型
從該等效模型我們可以得到：
● 差模電感Ldm為兩個繞組各自的自感；將兩繞組同側(cè)短路，對另一側(cè)端口所測量的電感量Ltest為兩差模電感之和，即Ltest=2Ldm。
● 被線圈覆蓋部分的磁芯總有磁通流過，且有LdmIdm=NØ。
● 兩繞組產(chǎn)生的自感磁通相互“隔離”。兩繞組自感對磁通的貢獻不能相互疊加。
二、共模電感差模分量的計算
1.計算環(huán)形空氣芯的電感量：
2.乘以棒狀電感（半個磁環(huán)）的等效磁導(dǎo)率
從圖1可以看出，差模磁通（漏磁通）并不是完全被束縛在磁芯里面，而是有兩部分組成：磁芯里面和磁芯外面。磁路長度為：
其中，θ為繞組在磁芯上所覆蓋的長度對圓心所張開的角度。
圖3 差模電感量磁路長度計算模型
然而漏磁通并不僅僅只存在于磁環(huán)的內(nèi)側(cè)，同樣，磁環(huán)的外側(cè)也存在著一部分漏磁通，因此，根據(jù)經(jīng)驗對上式修正為：
即
等效相對磁導(dǎo)率是一個與磁芯相對磁導(dǎo)率關(guān)的參數(shù)，差模電感的等效相對磁導(dǎo)率是一個只跟磁芯幾何參數(shù)有關(guān)的量。
其中，
le為廠商所提供的環(huán)形磁芯的有效磁路長度；
d為與磁芯有效截面Ae面積相等的圓的直徑；
綜上所述：
共模電感的差模分量可以按下式進行估算：
三、實驗驗證
為了驗證上述模型的正確性，進行了下述實驗：
1.共模電感差模分量的計算
● 測試條件：
（1）磁芯：R7K T25/15/1；
（2）儀器：LCR表；
（3）測試頻率：100KHz；
（4）測試信號幅值：1V；
（5）直流偏置：0A。
● 測試方法： 將共模電感兩繞組的其中一側(cè)短接，然后再對另一側(cè)進行測量，由上述模型可知，所測得的電感量為差模電感量的兩倍。
2. 驗證差模分量是否會使電感飽和
● 實驗條件：
（1）磁芯：R7K T25/15/7.5；
（2）匝數(shù)：50；
（3）儀器：LCR表；
（4）測試頻率：100KHz；
（5）測試信號幅值：1V；
（6）直流偏置：8A。
● 理論計算：
● 測試方法： 將共模電感兩繞組的其中一側(cè)短接，然后再對另一側(cè)進行測量：在8A的直流偏置下，不同溫度下的差模電感量如下：
結(jié)果：在110℃，該共模電感流過8A的電流時出現(xiàn)了飽和。
四、結(jié)論
1.共模電感的差模分量所產(chǎn)生的磁通雖然只流經(jīng)磁芯的一部分，但只要該磁通密度足夠大（在高溫大電流下）也會使電感飽和；
2.當電感工作的最大磁通密度Bm>0.6Bsat（在60℃時，Bsat約為0.35T）時，磁芯的u值/電感量開始下降。為了保證電感工作在磁芯磁化曲線的“膝部”以下，在設(shè)計時應(yīng)留有充足的裕量。
推薦閱讀：
