差模干扰与共模干扰

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电源线噪声是电网中各种用电设备产生的电磁骚扰沿着电源线传播所造成的。电源线噪声分为两大类:共模干扰、差模干扰。

共模干扰(Common- mode Interference)定义为任何载流导体与参考地之间的不希望有的电位差;

差模干扰(Differential-mode Interference)定义为任何两个载流导体之间的不希望有的电位差。

一、差模干扰

如上图所示,电源给设备供电,电源线和地线上面的电流叫差模电流,IDM,它在两根线上大小相同,方向相反。在供电电源端,两根线上的压差UDM叫差模电压。UDM一般都是定值,在上面产生的尖峰、跌落、中断等就叫差模干扰。

二、差模干扰的滤除

主要采用差模电感和差模电容。

1、差模电感

        可以看到,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。线圈特性是频率越高,阻抗越大,因此利用线圈在高频率时阻抗大的特性来衰减差模信号。

        当频率为50Hz,线圈阻抗接近于0,不起衰减作用,相当于导线。

        当频率为500K,线圈阻抗达到5K欧姆,假定负载阻抗为50欧,则差模线圈分得了99%的差模干扰电压,负载上的干扰电压只有1%,但同时电流也有衰减。

2、差模电容

可以看到,电容特性为频率越高,阻抗越小。滤波器正好利用其在高频时低阻抗的特性,短路掉差模干扰。
当频率为50Hz,电容阻抗大,相当于短路,不起作用。
当频率为500K,电容阻抗很小,容抗为0.05欧,假定负载50欧,则电容分得了99.9%的差模干扰电流。

3、采用屏蔽双绞线并有效接地。

三、共模干扰

        给设备供电的两根电源线与大地之间都有压差。如果设备和电源都接入大地了,那么两根电源线里都存在共模电流,如上图所示的ICM1和ICM2,他们从电源出发经两根线流到设备,最后从设备流入大地,共模电流方向相同,大小不一定相同。

        共模干扰就是产生在共模电压上的干扰,产生原因一般有:

        1、电网串入共模干扰电压。
        2、辐射干扰(如雷电、设备电弧、电台、大功率设备)在信号线上感应出共模干扰。
        3、两根线长度不同,产生电势差。

        共模电压有时很大,特别是隔离性较差的配电供电室,输出电源的共模电压普遍较高,有的高达130V,它输出的两根线与大地之间都有130V,很容易损坏设备。
        共模电压通过不对称的电路会转换成差模电压,从而使供电电压偏高,损坏设备。如下图:

        因此对于设备的接大地,应该尽量保证两根线的平衡,避免共模电压转换为差模电压。

四、共模干扰的抑制

1、共模抑制电感

2、共模电容

        共模电容的工作原理和差模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。只是差模电容是两极之间短路,而共模电容是线对地短路。
(电容C的容量范围大致是2200pF~0.1μF,为减小漏电流,电容量不宜超过0.1μF)

3、采用屏蔽双绞线并有效接地。

 

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