詳讀EMC的共模幹擾與差模幹擾以及抑製方法
發布時間:2018-01-09 責任編輯:lina
【導讀】電器設備的電源線,電話等的通信線, 與其它設備或外圍設備相互交換的通訊線路,至少有兩根導線,這兩根導線作為往返線路輸送電力或信號,在這兩根導線之外通常還有第三導體,這就是"地線"。電壓和電流的變化通過導線傳輸時有兩種形態, 一種是兩根導線分別做為往返線路傳輸, 我們稱之為"差模";另一種是兩根導線做去路,地線做返回傳輸, 我們稱之為"共模"。
什麼是共模與差模
電器設備的電源線,電話等的通信線, 與其它設備或外圍設備相互交換的通訊線路,至少有兩根導線,這兩根導線作為往返線路輸送電力或信號,在這兩根導線之外通常還有第三導體,這就是"地線"。電壓和電流的變化通過導線傳輸時有兩種形態, 一種是兩根導線分別做為往返線路傳輸, 我們稱之為"差模";另一種是兩根導線做去路,地線做返回傳輸, 我們稱之為"共模"。

如上圖, 藍色信號是在兩根導線內部作往返傳輸的,我們稱之為"差模";而黃信號是在信號與地線之間傳輸的,我們稱之為"共模"。
共模幹擾與差模幹擾
任何兩根電源線或通信線上所存在的幹擾,均可用共模幹擾和差模幹擾來表示:共模幹擾在導線與地(機殼)之間傳輸,屬於非對稱性幹擾,它定義為任何載流導體與參考地之間的不希望有的電位差;差模幹擾在兩導線之間傳輸,屬於對稱性幹擾,它定義為任何兩個載流導體之間的不希望有的電位差。在一般情況下,共模幹擾幅度大、頻率高,還可以通過導線產生輻射,所造成的幹擾較大。差模幹擾幅度小、頻率低、所造成的幹擾較小。

共模幹擾信號
共模幹擾的電流大小不一定相等,但是方向(相位)相(xiang)同(tong)的(de)。電(dian)氣(qi)設(she)備(bei)對(dui)外(wai)的(de)幹(gan)擾(rao)多(duo)以(yi)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)為(wei)主(zhu),外(wai)來(lai)的(de)幹(gan)擾(rao)也(ye)多(duo)以(yi)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)為(wei)主(zhu),共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)本(ben)身(shen)一(yi)般(ban)不(bu)會(hui)對(dui)設(she)備(bei)產(chan)生(sheng)危(wei)害(hai),但(dan)是(shi)如(ru)果(guo)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)轉(zhuan)變(bian)為(wei)差(cha)模(mo)幹(gan)擾(rao),幹(gan)擾(rao)就(jiu)嚴(yan)重(zhong)了(le),因(yin)為(wei)有(you)用(yong)信(xin)號(hao)都(dou)是(shi)差(cha)模(mo)信(xin)號(hao)。

差模幹擾信號
差模幹擾的電流大小相等,方向(相位)相反。由於走線的分布電容、電感、信號走線阻抗不連續,以及信號回流路徑流過了意料之外的通路等,差模電流會轉換成共模電流。
共模幹擾產生原因
1. 電網串入共模幹擾電壓。
2. 輻射幹擾(如雷電,設備電弧,附近電台,大功率輻射源)在信號線上感應出共模幹擾,原因是交變的磁場產生交變 的電流,地線-零線回路麵積與地線-火線回路麵積不相同,兩個回路阻抗不同等原因造成電流大小不同。
3.接地電壓不一樣,簡單的說就電位差而造就了共模幹擾。
4.設備內部的線路對電源線造成的共模幹擾。
共模幹擾電流
共模幹擾一般是以共模幹擾電流存在的形式出現的,一般情況下共模幹擾電流產生的原因有三個方麵:
1. 外界電磁場在電路走線中的所有導線上感應出來電壓(這個電壓相對於大地是等幅和同相的),由這個電壓產生的電流。
2. 由於電路走線兩端的器件所接的地電位不同,在這個地電位差的驅動下產生的電流。
3. 器件上的電路走線與大地之間有電位差,這樣電路走線上會產生共模幹擾電流。
器件如果在其電路走線上產生共模幹擾電流,則電路走線會產生強烈的電磁輻射,對電子、電氣產品元器件產生電磁幹擾,影響產品的性能指標;另外,當電路不平衡時,共模幹擾電流會轉變為差模幹擾電流,差模幹擾電流對電路直接產生幹擾影響。對於電子、電氣產品電路中的信號線及其回路而言:差模幹擾電流流過電路中的導線環路時,將引起差模幹擾輻射,這種環路相當於小環天線,能向空間輻射磁場,或接收磁場。
如何識別共模幹擾
1. 從幹擾源判斷:雷電、附近發生的電弧、附近的電台或其它大功率輻射裝置在電纜上產生的幹擾為共模幹擾。
2. 從頻率上判斷:共模幹擾主要集中在1MHz以yi上shang。這zhe是shi由you於yu共gong模mo幹gan擾rao是shi通tong過guo空kong間jian感gan應ying到dao電dian纜lan上shang的de,這zhe種zhong感gan應ying隻zhi有you在zai較jiao高gao頻pin率lv時shi才cai容rong易yi發fa生sheng。但dan有you一yi種zhong例li外wai,當dang電dian纜lan從cong很hen強qiang的de磁ci場chang輻fu射she源yuan(例如,開關電源)旁邊通過時,也會感應到頻率較低的共模幹擾。
3. 用儀器測量:隻要有一台頻譜分析儀和一隻電流卡鉗就可以進行測量、判斷了,判斷的步驟如下:
a. 將電流卡鉗分別卡在信號線或地線(火線或零線)上,記錄下某個感應頻率(f1)的幹擾強度。
b.將電流卡鉗同時卡住信號線和地線, 若能觀察到(f1)處的幹擾,則(f1)幹擾中包含共模幹擾成份,要判斷是否僅含共模 幹擾成份,進行步驟c的判別。
c.將卡鉗分別卡住信號線和地線,若兩根線上測得的(f1)幹擾的幅度相同,則(f1)幹擾中僅含共模幹擾成份;若不相同,則(f1)幹擾中還包含差模幹擾成份。
如何抑製共模幹擾
共模幹擾作為EMCganraozhongzuiweichangjianqieweihaijiaodadeganrao,womenyizhitazuizhijiedefangfajiushilvbo,zheshiyizhihefangzhigongmoganraodeyixiangzhongyaocuoshi。lvboqidegongnengjiushiyunxumouyitedingpinlvdexinhaoshunlitongguo,erqitapinlvdexinhaozeyaoshoudaojiaodadeyizhi,tashizhishangshiyigexuanpindianlu,它(ta)切(qie)斷(duan)了(le)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)沿(yan)信(xin)號(hao)線(xian)或(huo)電(dian)源(yuan)線(xian)傳(chuan)播(bo)的(de)路(lu)徑(jing),另(ling)外(wai)它(ta)還(hai)是(shi)壓(ya)縮(suo)幹(gan)擾(rao)頻(pin)譜(pu)的(de)一(yi)種(zhong)有(you)效(xiao)方(fang)法(fa),當(dang)幹(gan)擾(rao)頻(pin)譜(pu)不(bu)同(tong)於(yu)有(you)用(yong)信(xin)號(hao)的(de)頻(pin)帶(dai)時(shi),可(ke)以(yi)用(yong)濾(lv)波(bo)器(qi)將(jiang)無(wu)用(yong)的(de)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)濾(lv)除(chu)。因(yin)此(ci),恰(qia)當(dang)地(di)選(xuan)擇(ze)和(he)正(zheng)確(que)地(di)使(shi)用(yong)濾(lv)波(bo)器(qi)對(dui)抑(yi)製(zhi)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)是(shi)十(shi)分(fen)重(zhong)要(yao)的(de)。
如果有用信號是差模信號而幹擾信號是共模信號,可使用共模電感來抑製幹擾信號:

共模電感的原理和抑製幹擾
在zai電dian路lu中zhong串chuan入ru共gong模mo電dian感gan,當dang有you共gong模mo幹gan擾rao電dian流liu流liu經jing線xian圈quan時shi,由you於yu共gong模mo幹gan擾rao電dian流liu的de同tong向xiang性xing,會hui在zai線xian圈quan內nei產chan生sheng同tong向xiang的de磁ci場chang而er增zeng大da線xian圈quan的de感gan抗kang,使shi線xian圈quan表biao現xian為wei高gao阻zu抗kang,產chan生sheng較jiao強qiang的de阻zu尼ni效xiao果guo,以yi此ci衰shuai減jian共gong模mo幹gan擾rao電dian流liu,達da到dao濾lv波bo的de目mu的de;當(dang)電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)正(zheng)常(chang)差(cha)模(mo)電(dian)流(liu)流(liu)經(jing)共(gong)模(mo)電(dian)感(gan)時(shi),電(dian)流(liu)在(zai)同(tong)相(xiang)繞(rao)製(zhi)的(de)共(gong)模(mo)電(dian)感(gan)線(xian)圈(quan)中(zhong)產(chan)生(sheng)反(fan)向(xiang)的(de)磁(ci)場(chang)而(er)相(xiang)互(hu)抵(di)消(xiao),因(yin)而(er)對(dui)正(zheng)常(chang)的(de)差(cha)模(mo)電(dian)流(liu)基(ji)本(ben)沒(mei)有(you)衰(shuai)減(jian)作(zuo)用(yong)。
案例 USB 信號上的共模幹擾抑製方法

USB 端口的濾波處理-使用共模電感
USB 傳(chuan)輸(shu)線(xian)上(shang)的(de)信(xin)號(hao)是(shi)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)而(er)幹(gan)擾(rao)源(yuan)是(shi)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao),在(zai)傳(chuan)輸(shu)線(xian)上(shang)串(chuan)上(shang)共(gong)模(mo)電(dian)感(gan)能(neng)較(jiao)好(hao)的(de)抑(yi)製(zhi)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao),而(er)對(dui)有(you)用(yong)的(de)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)沒(mei)有(you)任(ren)何(he)衰(shuai)減(jian)。

USB 高速運行會在DM/DP信號線上產生很強的共模幹擾

電路中加入濾波器-共模電感後共模幹擾信號得到有效抑製
如果共模幹擾源是在電源回路,可使用共模電容來抑製幹擾信號

在電路中引入共模電容,則共模電容提供最短的路徑使共模幹擾信號被旁路,從而抑製共模幹擾的產生 。
如果電源回路同時還存在差模幹擾,使用差模電容來抑製幹擾

在電路中引入差模電容,則差模電容提供最短的路徑使差模幹擾信號被旁路,從而抑製差模幹擾的產生 。
總結
共模幹擾作為EMC幹擾中最為常見且危害很大的幹擾,抑製它的方法除了濾波外,還可以通過對信號線路進行屏蔽,在PCB 板上大麵積鋪地降低地線阻抗來減少共模信號強度等方法。
推薦閱讀:
特別推薦
- 噪聲中提取真值!瑞盟科技推出MSA2240電流檢測芯片賦能多元高端測量場景
- 10MHz高頻運行!氮矽科技發布集成驅動GaN芯片,助力電源能效再攀新高
- 失真度僅0.002%!力芯微推出超低內阻、超低失真4PST模擬開關
- 一“芯”雙電!聖邦微電子發布雙輸出電源芯片,簡化AFE與音頻設計
- 一機適配萬端:金升陽推出1200W可編程電源,賦能高端裝備製造
技術文章更多>>
- 貿澤EIT係列新一期,探索AI如何重塑日常科技與用戶體驗
- 算力爆發遇上電源革新,大聯大世平集團攜手晶豐明源線上研討會解鎖應用落地
- 創新不止,創芯不已:第六屆ICDIA創芯展8月南京盛大啟幕!
- AI時代,為什麼存儲基礎設施的可靠性決定數據中心的經濟效益
- 矽典微ONELAB開發係列:為毫米波算法開發者打造的全棧工具鏈
技術白皮書下載更多>>
- 車規與基於V2X的車輛協同主動避撞技術展望
- 數字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創新應用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索




