差模干扰产生的机理
差模干扰中的干扰是信号(源)在同一电源线路之中。如同一线路中工作的电机驱动,开关电源系统,控制信号等,他们在电源线上所产生的干扰我们称之为差模干扰;可以是外部来源;如果是内部的信号(源)我们专业名词定义为骚扰源!
差模干扰如何影响设备!差模干扰直接作用在产品设备两端,直接影响设备工作,甚至损坏产品设备。(表现为尖峰噪声电压,可使电路系统工作瘫痪!)同时系统内部的骚扰源会产生电磁兼容EMI的问题!!
如何滤除差模干扰:即我们上面分析的采用差模电感和差模电容最为直接。
差模滤波电感的工作机理如下:
可以看出,当电流流过差模线圈之后,线圈里面的磁通是增强的,相当于两个磁通之和。电感线圈特性ZL=2лf L:低频率低阻抗;高频率高阻抗;决定了在高频时利用它的高阻抗衰减差模信号。(参考如下图所示特性!)
当频率为低频段时,线圈阻抗较低,相当于一根导线,基本不起衰减作用。
当频率为>150KHz及以上时,阻抗逐渐增加到达谐振点后又开始下降;
根据上面的分析,在一定的频率范围差模线圈&电感可以分得99%的差模干扰电压;而到负载可能只有1%的差模干扰电压。
同时,差模电流也有很大的衰减;从工作曲线可了解差模插入损耗等等!
差模X电容的工作机理如下:
可以看到:
电容特性:低频率高阻抗;高频率低阻抗。滤波器利用电容在高频时它的低阻抗旁路掉差模干扰!(参考如下图所示特性!)
当频率较低时,电容阻抗趋近于最大值,相当于开路,不起任何衰减作用。
当频率逐渐增大时,电容阻抗减小,通过上面的曲线可以看到,差模高频的噪声电流可以通过电容旁路!
此时电容可能旁路99%的差模干扰电流,而负载端可能只有1%的差模干扰电流;按照理论在一定的工作频率时,电容会使得差模干扰下降很大的dB数值!
共模:就是线与线同时对地的回路干扰
如上图, UPQ的电压差UCM为共模电压,ICM1&ICM2为共模电流。ICM1&ICM2大小不一定相同,但方向相同!
共模干扰产生的原因很多,主要原因有以下几点。
1.电网串入共模干扰电压(外界的干扰源)。
2.辐射干扰(如雷击&静电,设备电弧,附近无线电设备,大功率辐射源)感应出共模干扰。(机理是:交变的磁场产生交变的电流,由于地线,零线回路面积与地线;火线回路面积不相同,两个回路阻抗不通等原因造成电流大小不同)
3.接地电压不一样,也就是说电位差异引入共模干扰;
4.也包括电子产品及设备内部电信号系统(内部骚扰源)对电源线的影响;内部骚扰源对外就产生电磁兼容EMI的问题!
干扰源如何影响产品及设备!共模电压有时较大,特别是采用隔离性能差的配电供电室;变送器输出信号的共模电压普遍较高,有的可高达上百V以上。共模电压通过不对称电流就可转换成差模电压,直接影响测控信号;造成元器件损坏,这种共模干扰可为直流,也可为交流!如下图所示:
ICM2近似等于ICM1:而Z1就可能不等于Z2;UP=ICM2*ZCM2;UQ=ICM1*ZCM1
所以UP不等于UQ,从而转换为差模电压UPQ!
也就是说,共模干扰不直接影响设备,而是通过转化为差模电压来影响设备的!
如何滤除共模干扰(共模电感线圈&共模Y电容)
共模电感线圈
共模电感线圈和差模电感线圈工作原理类似,都是利用线圈高频时的高阻抗来衰减干扰信号;共模线圈和差模线圈绕线方法刚好相反!差模线圈在滤除干扰的同时,还会一定程度的增加线路阻抗。而共模线圈对方向相反的电流基本不起作用;因此我们可以在满足特性的前提下,一般很少专门使用差模电感线圈!
共模Y电容的工作原理
共模(Y)电容的工作原理
共模Y电容的工作原理和差模X电容的工作原理是一致的,都是利用电容的高频低阻抗,使高频干扰信号短路,而低频时电路不受任何影响!
只是差模X电容是两极之间短路。而共模Y电容是线对地的短路!!
通过上面的电路等效及系统的分析;我们再进行电子产品及设备的EMC设计时,我们可以从设计的角度去考虑EMC的问题;节省我们产品开发的成本及时间!