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每周了解几个硬件知识+​差模、共模干扰和抑制方法

工程师
2024-06-11 20:29:50     打赏


差模和共模干扰是客观存在的事实,简单来说,其产生的原理是由于电缆感抗电流回路和开关变换所引起,所以在所有的开关电源中,都存在差模和共模干扰。

低频段:9kHz~1MHz,大多数属于差模干扰,选择合适的工作频率和合适的差模电感可解决;

中频段:1~5MHz,差模和共模干扰混合,相关部分包括X电容、Y电容、差模电感、共模电感、变压器等,修改以上部分均可有效果;

高频段:5~30MHz,共模为主,相关部分包括Y电容、共模电感、变压器、整流管 RC 吸收等。

差模干扰与共模干扰是电子系统中常见的两种干扰形式,它们的产生原理、特点以及抑制方法各有不同。以下是关于这两种干扰的详细解释和抑制方法:

差模干扰(Differential-mode Interference)

产生原理:

差模干扰是指存在于两根信号线之间的干扰,其干扰电流在两导线上的振幅相等但方向相反。这种干扰主要由电缆感抗电流回路和开关变换所引起,常见于所有的开关电源中。

特点:

干扰电流在两导线之间传输,属于对称性干扰。

干扰幅度小、频率低,通常对电路产生的干扰较小。

抑制方法:

差分信号传输:使用差分信号传输技术,其中信号由两个相对的信号线组成,共模干扰信号会在两个线上产生相同的影响,从而在接收端可以被抵消。

滤波器:在信号线上使用差模滤波器,通过电容或电感等元件来滤除差模干扰信号。

共模干扰(Common-mode Interference)

产生原理:

共模干扰是指存在于两根或多根导线中,流经所有导线的电流都是同极性的干扰。这种干扰主要由电网串入、辐射干扰、接地电压不一样以及设备内部线路对电源线造成的干扰等因素引起。

特点:

干扰电流在电缆中的所有导线上幅度/相位相同,它在电缆与大地之间形成回路流动。

共模干扰幅度大、频率高,可以通过导线产生辐射,所造成的干扰较大。

抑制方法:

屏蔽和绝缘:使用屏蔽电缆或屏蔽盒,以阻止外部干扰信号进入信号线或电路。

地线设计:优化地线和接地系统,以减小地线噪声和共模干扰。

共模滤波器:在电源线上使用共模滤波器,如共模扼流圈或共模电容,来滤除共模干扰信号。

差分信号:虽然差分信号主要用于抑制差模干扰,但在某些情况下,它也可以帮助减少共模干扰的影响。

布线优化:在布线时,避免将高压电源线和信号线捆在一起走线,以减少共模干扰的耦合。

共模噪声信号流向:

image.png

通过增加共模电感来抑制共模噪声:

image.png

通过将信号源分别对地接电容来抑制共模噪声:

image.png

差模噪声信号流:

image.png

通过图 ,这样简化过后,对于共模和差模的理解就变得更为深刻,从而也就知道了为什么开关电源中EMC滤波器的构架都是比较相似的原因,因为原理是不变的,变的只是需求不同。如下图即为典型的开关电源EMI滤波器结构图

差模噪声抑制方法:

image.png

典型的开关电源 EMI滤波器结构图:

image.png

  • 对称性干扰:干扰电流在两导线之间传输。

  • 干扰幅度小、频率低:通常对电路产生的干扰较小。

上述抑制方法,可以显著降低差模和共模干扰对电子系统的影响,从而提高系统的稳定性和可靠性。在实际应用中,需要根据具体的系统设计和工作环境,选择合适的抑制方法,并进行合理的布局和布线设计,以最大限度地减少干扰对系统性能的影响。





关键词: 每周了解几个硬件知识    

院士
2024-06-12 06:06:11     打赏
2楼

谢谢楼主的分享~!


专家
2024-06-12 06:52:13     打赏
3楼

这不错


专家
2024-06-12 08:39:58     打赏
4楼

谢谢楼主分享


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