储能设备实现良好电磁兼容性的关键——共模扼流器

电子发烧友网报道（文/黄山明）共模扼流器，也被称为共模电感，是一种用于抑制共模干扰的电子元件。它主要用于抑制共模噪声，即在同一方向上同时出现在两条或多条导线中的噪声电流。
 
所谓共模干扰是一种电磁干扰现象，在电子设备或威廉希尔官方网站 中，信号通常是通过一对或多对导线进行传输的。共模干扰是指同时出现在这一对（或多对）信号线与公共参考地（如大地、设备外壳等）之间的同相干扰信号。也就是说，干扰信号的方向是相对于公共地同向的，两根导线上的干扰电压大小近似相等、相位相同。
 
当电子设备处于外部电磁场环境中时，如靠近变压器、电机等设备，这些外部设备产生的交变磁场会通过电磁感应在信号线上感应出共模干扰电压。
 
例如，一个工业厂房中的储能系统，其附近有大型电机在工作，电机产生的交变磁场会在储能系统的信号传输线中感应出共模干扰。根据电磁感应定律，磁场的变化会在信号线（可看作线圈）中产生感应电动势，从而形成共模干扰。
 
共模干扰会导致信号失真，例如在BMS与监控中心之间的通信线路，如果存在共模干扰，就会导致传输信号产生错误。对于模拟信号，可能会改变信号的幅度、频率等参数；对于数字信号，可能会导致误码率增加，使接收端无法正确解读信号内容。
 
此外，共模干扰产生的过电压可能会损坏电子设备中的敏感元件。在储能系统的功率转换设备（如逆变器）中，过高的共模干扰电压可能会击穿半导体器件（如 IGBT）的绝缘层，导致器件损坏。因为这些半导体器件通常有一定的耐压限制，当共模干扰电压超过其耐压值时，就会造成器件永久性损坏，从而影响整个储能系统的正常运行。
 
从电磁感应角度来理解，共模扼流器利用了电感对交变电流的阻碍特性。对于共模信号，由于其在两组线圈中产生的磁场同向，根据电感的计算公式XL=2πfL（其中XL是感抗，f是信号频率，L是电感量），在共模信号频率下，会产生较大的感抗，阻碍共模信号的通过。
 
比如在一个电子设备的电源输入线路中，如果存在共模干扰，如来自电网的高频噪声，共模扼流器会对这些高频共模噪声产生高阻抗，使其很难通过，从而保护设备内部威廉希尔官方网站 免受干扰。
 
共模扼流器的市场情况
 
当前，全球的共模扼流器市场规模呈现出稳步增长的趋势。据QY Research的统计与预测，2023年全球共模扼流圈市场销售额达到了7.29亿美元，预计2030年将达到11.09亿美元，年复合增长率为5.42%。
 
值得注意的是，亚太地区是全球最大的共模扼流圈市场，占有大约63%的市场份额，其次是北美和欧洲，分别占比约15%和11%。从产品类型来看，SMD（表面贴装器件）共模扼流圈占据了最大份额，约为84%。
 
目前全球共模扼流器行业由少数几家企业把持，包括村田、TDK、奇力新、太阳诱电及Cyntec等企业构成了行业内的第一梯队，2023 年，这些领先企业共同占据了市场约57%的份额。
 
其中，中国台系厂商奇力新近年来的增长速度较快，中国大陆厂商也因为国内市场需求的大幅增长以及资本市场的支持，在全球市场上逐渐崭露头角。国内相关的企业如顺络电子、华新科技、研科达电子等，都在共模扼流器上有所布局。
 
与此同时，随着储能技术的快速发展，尤其是高压级联技术和构网型储能技术的应用，共模扼流器作为关键的EMC元件，在储能系统中的作用愈发重要。
 
同时，现代储能设备不仅要求高效能，还强调紧凑设计以适应有限的空间条件。因此，共模扼流器正朝着小型化、低损耗和高可靠性的方向发展。这意味着制造商需要采用先进的材料科学和制造工艺来生产体积更小但性能更强的产品。
 
并且随着开关电源频率的不断提高，EMI问题变得更加复杂。为了应对这一挑战，共模扼流器需要具备更宽的工作频带，能够在更广泛的频率范围内提供有效的噪声抑制。这涉及到优化线圈结构以及选择合适的磁芯材料，确保即使在高频段也能维持良好的阻抗特性。
 
此外，共模扼流器未来在储能领域还将沿着高性能化、适应极端环境、集成化解决方案和支持新能源接入的方向发展。随着储能行业的持续扩张和技术进步，共模扼流器将在保障储能系统电磁兼容性方面发挥越来越重要的作用。
 
小结
 
共模扼流器对提升储能系统整体性能与安全性意义重大。其发展趋势呈现多维度特征，朝着更高功率密度、更宽频带特性、更低损耗、集成化与模块化、更强环境适应性方向迈进，并且会持续适配新型储能技术的发展需求，不断推动储能领域向高效、稳定、智能化方向大步前行，以契合全球能源存储技术日益增长的复杂要求与广阔应用前景。