共模电感在反激式开关电源中的巧妙应用一探究竟
在CAN总线设计中，我们往往为了确保通信的可靠性，会为接口增加各种保护措施，但并非所有应用都需要这些额外的防护。过分防范不仅会增加成本，还可能影响信号质量。本文将详细探讨共模电感如何应用于总线以提高其性能。
我们在实际工作中观察到许多CAN设备使用了共模电感，但在常规测试中却未能看到明显的改善效果，反而对波形质量产生了影响。出于预防万一，工程师们通常会为CAN接口添加全面的外围电路。尽管CAN芯片自身具备良好的抗静电和瞬态电压能力，以及优秀的EMC性能，我们还是根据设计要求逐个增添防护和滤波措施。在考虑总线是否需要加装共模电感时，我们主要关注的是从EMC角度出发。
首先，让我们来了解一下共模干扰及其作用图1、图2分别展示了差模和共模干扰以及它们传输路径。驱动器及接收器采用差分信号传输方式，如同CAN总线所做的一样。这两种干扰类型各有特点：差模式干扰产生于两条传输线之间，而共模式干扰则同时在两条线上产生，并以地作为参考点。
接着，我们要介绍一种特殊的磁环结构，它由两个半环组成，每个半环上绕制相同数量但方向相反的同轴型无源元件，即称之为双向滤波器或共同模式（Common Mode）滤波器。这类滤波器能够有效抑制沿着整个磁环形成的磁力场，从而降低沿着整体网络流动中的噪声。此外，这种结构对于差分信号几乎没有任何影响，只是稍微增加了一些阻抗和漏容效应。
关于CAN节点本身，它包含一个开源开漏输出驱动系统，如图3所示，这种设计使得它能够轻松实现显性高频驱动，同时隐性低频通过终端放大以实现隐藏状态。此类结构因其内置差分操作而具有很强抵御共同模式噪声污染能力，如图4所示，该图显示了通过可以消除来自环境中的共同模式噪声。但即便如此，这并不意味着现实中的每个节点都是完美无缺，因为快速变化导致振荡甚至可能引入新的问题。
最后，对于那些追求更高EMC标准并且面临严格限值要求的情况，加装一个简单但有效的手段就是使用这种类型的外部补偿方案——例如安装一个合适大小（51μH）的共通模式(CTM)滤波元件如图5所示。在这样的情况下，可以看到不同频段下的噪声减少明显，而且还有余量空间满足汽车电子标准限制条件。如果你必须遵守严格规定，比如汽车行业，那么这个选择变得尤为重要。但请记住，在某些情况下，对加入这样的补偿措施进行考量也涉及到谐振风险以及瞬态压力问题，这些都对信号品质造成潜在威胁。而且，如果不小心导致短路或者热插拔等操作错误，甚至可能损坏关键设备因此，在实际应用中需权衡利弊后决定是否采纳此策略。
