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      為什么會產生共模干擾?共模干擾產生的原因及如何抑制共模干擾

      作者:佚名    文章來源:本站原創    點擊數:    更新時間:2022-12-12

      共模干擾作為EMC干擾中最為常見且危害很大的干擾,抑制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 板上大面積鋪地降低地線阻抗來減少共模信號強度等方法。

       

      什么是共模與差模?          

       

      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"。    

       

      >共模干擾與差模干擾          

       

      任何兩根電源線或通信線上所存在的干擾,均可用共模干擾和差模干擾來表示:共模干擾在導線與地(機殼)之間傳輸,屬于非對稱性干擾,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;差模干擾在兩導線之間傳輸,屬于對稱性干擾,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,共模干擾幅度大、頻率高,還可以通過導線產生輻射,所造成的干擾較大。差模干擾幅度小、頻率低、所造成的干擾較小。      

       

      共模干擾信號 


      共模干擾信號               

       

      共模干擾的電流大小不一定相等,但是方向(相位)相同的。電氣設備對外的干擾多以共模干擾為主,外來的干擾也多以共模干擾為主,共模干擾本身一般不會對設備產生危害,但是如果共模干擾轉變為差模干擾,干擾就嚴重了,因為有用信號都是差模信號。    

       

      差模干擾信號   


       

      差模干擾信號         

       

      差模干擾的電流大小相等,方向(相位)相反。由于走線的分布電容、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。        

       

      >共模干擾產生原因         

       

      1. 電網串入共模干擾電壓。         

       

      2. 輻射干擾(如雷電,設備電弧,附近電臺,大功率輻射源)在信號線上感應出共模干擾,原因是交變的磁場產生交變   的電流,地線-零線回路面積與地線-火線回路面積不相同,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干擾。       

       

      4. 設備內部的線路對電源線造成的共模干擾。    

       

      >共模干擾電流           

       

      共模干擾一般是以共模干擾電流存在的形式出現的,一般情況下共模干擾電流產生的原因有三個方面:         

       

      1. 外界電磁場在電路走線中的所有導線上感應出來電壓(這個電壓相對于大地是等幅和同相的),由這個電壓產生的電流。           


      2. 由于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干擾電流。          

       

      器件如果在其電路走線上產生共模干擾電流,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干擾,影響產品的性能指標;另外,當電路不平衡時,共模干擾電流會轉變為差模干擾電流,差模干擾電流對電路直接產生干擾影響。對于電子、電氣產品電路中的信號線及其回路而言:差模干擾電流流過電路中的導線環路時,將引起差模干擾輻射,這種環路相當于小環天線,能向空間輻射磁場,或接收磁場。  

            

      >如何識別共模干擾         

       

      1. 從干擾源判斷:雷電、附近發生的電弧、附近的電臺或其它大功率輻射裝置在電纜上產生的干擾為共模干擾。         

       

      2. 從頻率上判斷:共模干擾主要集中在1MHz以上。這是由于共模干擾是通過空間感應到電纜上的,這種感應只有在較高頻率時才容易發生。但有一種例外,當電纜從很強的磁場輻射源(例如,開關電源)旁邊通過時,也會感應到頻率較低的共模干擾。       

       

      3. 用儀器測量:只要有一臺頻譜分析儀和一只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)的干擾強度。           

       

      b. 將電流卡鉗同時卡住信號線和地線, 若能觀察到(f1)處的干擾,則(f1)干擾中包含共模干擾成份,要判斷是否僅含共模 干擾成份,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)干擾的幅度相同,則(f1)干擾中僅含共模干擾成份;若不相同,則(f1)干擾中還包含差模干擾成份。        

       

      >如何抑制共模干擾         

       

      共模干擾作為EMC干擾中最為常見且危害較大的干擾,我們抑制它最直接的方法就是濾波,這是抑制和防止共模干擾的一項重要措施。濾波器的功能就是允許某一特定頻率的信號順利通過,而其它頻率的信號則要受到較大的抑制,它實質上是一個選頻電路,它切斷了電磁干擾沿信號線或電源線傳播的路徑,另外它還是壓縮干擾頻譜的一種有效方法,當干擾頻譜不同于有用信號的頻帶時,可以用濾波器將無用的干擾信號濾除。因此,恰當地選擇和正確地使用濾波器對抑制共模干擾是十分重要的。       

       

      如果有用信號是差模信號而干擾信號是共模信號,可使用共模電感來抑制干擾信號:  

          

       

      共模電感的原理和抑制干擾 

      共模電感的原理和抑制干擾         

       

      在電路中串入共模電感,當有共模干擾電流流經線圈時,由于共模干擾電流的同向性,會在線圈內產生同向的磁場而增大線圈的感抗,使線圈表現為高阻抗,產生較強的阻尼效果,以此衰減共模干擾電流,達到濾波的目的;當電路中的正常差模電流流經共模電感時,電流在同相繞制的共模電感線圈中產生反向的磁場而相互抵消,因而對正常的差模電流基本沒有衰減作用。         

       

      案例 USB 信號上的共模干擾抑制方法 

           

      USB 端口的濾波處理-使用共模電感 

       

      USB 端口的濾波處理-使用共模電感         

       

      USB 傳輸線上的信號是差分信號而干擾源是共模干擾信號,在傳輸線上串上共模電感能較好的抑制共模干擾,而對有用的差分信號沒有任何衰減。

           

      USB 高速運行會在DM/DP信號線上產生很強的共模干擾 

       

      USB 高速運行會在DM/DP信號線上產生很強的共模干擾  

            

      電路中加入濾波器-共模電感后共模干擾信號得到有效抑制  

       

      電路中加入濾波器-共模電感后共模干擾信號得到有效抑制         

       

      如果共模干擾源是在電源回路,可使用共模電容來抑制干擾信號:  

                   

      使用共模電容來抑制干擾信號 

       

      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干擾信號被旁路,從而抑制共模干擾的產生 。           

       

      如果電源回路同時還存在差模干擾,使用差模電容來抑制干擾 

                  

      使用差模電容來抑制干擾 

       

      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干擾信號被旁路,從而抑制差模干擾的產生 。    

      Tags:共模干擾,抑制  
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