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電磁兼容里面的共模干擾和差模干擾是如何產(chǎn)生的

更新時(shí)間:2025-10-14      點(diǎn)擊次數(shù):535


在電磁兼容行業(yè)中,電器設(shè)備的電源線(xiàn)、電話(huà)等通信線(xiàn)路,以及與其他設(shè)備或外圍設(shè)備交換的通信線(xiàn)路,至少有兩條線(xiàn)路,這兩條線(xiàn)路作為往返線(xiàn)路輸送電源或信號(hào),通常有第三導(dǎo)體,這是"地線(xiàn)"。電壓和電流的變化通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)傳輸有兩種形式,一種是兩根導(dǎo)線(xiàn)分別作為往返線(xiàn)路傳輸,我們稱(chēng)之為"差模";另一種是兩根導(dǎo)線(xiàn)去路,地線(xiàn)返回傳輸,我們稱(chēng)之為"共模"。

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如上圖所示,藍(lán)色信號(hào)在兩條導(dǎo)線(xiàn)內(nèi)進(jìn)行往返傳輸,我們稱(chēng)之為"差模";黃信號(hào)在信號(hào)和地線(xiàn)之間傳輸,我們稱(chēng)之為"共模"。





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共模干擾和差模干擾


任何兩條電源線(xiàn)或通信線(xiàn)上的干擾都可以用共模干擾和差模干擾來(lái)表示:共模干擾在導(dǎo)線(xiàn)和地面(外殼)之間傳輸,屬于不對(duì)稱(chēng)干擾,定義為任何載流導(dǎo)體和參考地之間不想要的電位差;

差模干擾在兩條導(dǎo)線(xiàn)之間傳輸,屬于對(duì)稱(chēng)干擾,定義為任何兩個(gè)載流導(dǎo)體之間不想要的電位差。一般共模干擾范圍大,頻率高,也可以通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)輻射,干擾大。差模干擾范圍小,頻率低,干擾小。

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共模干擾信號(hào)

共模干擾的電流大小不一定相等,但方向(相位)相同。電氣設(shè)備的外部干擾主要是共模干擾,外部干擾主要是共模干擾。共模干擾本身一般不會(huì)對(duì)設(shè)備造成傷害,但如果共模干擾轉(zhuǎn)化為差模干擾,干擾會(huì)嚴(yán)重,因?yàn)橛杏眯盘?hào)是差模信號(hào)

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差模干擾信號(hào)

差模干擾的電流大小相等,方向(相位)相反。差模電流會(huì)轉(zhuǎn)化為共模電流,因?yàn)椴季€(xiàn)的分布電容、電感、信號(hào)布線(xiàn)阻抗不連續(xù)、信號(hào)回流路徑流過(guò)意想不到的通路。





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共模干擾的原因


1.電網(wǎng)串入共模干擾電壓。

2.接地電壓不同,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是電位差造成共模干擾。

3.設(shè)備內(nèi)線(xiàn)路對(duì)電源線(xiàn)的共模干擾。

4.輻射干擾(如雷電、設(shè)備電弧、附近電臺(tái)、大功率輻射源)在信號(hào)線(xiàn)上感應(yīng)共模干擾,因?yàn)榻蛔兇艌?chǎng)產(chǎn)生交變電流,地線(xiàn)-零線(xiàn)電路面積與地線(xiàn)-火線(xiàn)電路面積不同,兩個(gè)電路阻抗不同。





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 共模干擾電流  


共模干擾通常以共模干擾電流的形式出現(xiàn),一般共模干擾電流的原因有三個(gè):

1.外部電磁場(chǎng)在電路接線(xiàn)中的所有導(dǎo)線(xiàn)上感應(yīng)電壓(該電壓與地球相等),由該電壓產(chǎn)生的電流。

2.由于電路接線(xiàn)兩端設(shè)備連接的地電位不同,在地電位差的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生的電流。

3.設(shè)備上的電路接線(xiàn)與地面之間存在電位差,使電路接線(xiàn)產(chǎn)生共模干擾電流。


如果設(shè)備在電路線(xiàn)上產(chǎn)生共模干擾電流,電路線(xiàn)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)電磁輻射,對(duì)電子和電氣產(chǎn)品部件產(chǎn)生電磁干擾,影響產(chǎn)品性能指標(biāo);此外,當(dāng)電路不平衡時(shí),共模干擾電流會(huì)轉(zhuǎn)化為差模干擾電流,差模干擾電流會(huì)直接干擾電路。對(duì)于電子和電氣產(chǎn)品電路中的信號(hào)線(xiàn)及其電路,當(dāng)差模干擾電流通過(guò)電路中的導(dǎo)線(xiàn)環(huán)時(shí),會(huì)引起差模干擾輻射,相當(dāng)于小環(huán)天線(xiàn),可以向空間輻射磁場(chǎng)或接收磁場(chǎng)。





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如何識(shí)別共模干擾?


1.從頻率判斷:共模干擾主要集中在1MHz以上。這是因?yàn)楣材8蓴_是通過(guò)空間感應(yīng)到電纜的,只有在高頻時(shí)才容易發(fā)生。但有一個(gè)例外,當(dāng)電纜通過(guò)強(qiáng)磁場(chǎng)輻射源(如開(kāi)關(guān)電源)時(shí),也會(huì)感應(yīng)到低頻共模干擾。

2.從干擾源判斷:雷電、附近電弧、附近電臺(tái)或其他大功率輻射裝置對(duì)電纜的干擾為共模干擾。

3.用儀器測(cè)量:只要有頻譜分析儀和電流卡鉗,就可以測(cè)量。判斷步驟如下:

a.將電流卡鉗分別卡在信號(hào)線(xiàn)或地線(xiàn)(火線(xiàn)或零線(xiàn))上,記錄感應(yīng)頻率(f1)干擾強(qiáng)度。

b.如果能觀(guān)察到電流卡鉗同時(shí)卡住信號(hào)線(xiàn)和地線(xiàn)(f1)干擾,然后(f1)干擾中含有共模干擾成分,需要判斷是否只含有共模干擾成分,并采取步驟c的判別。

c.如果兩條線(xiàn)上測(cè)得的卡鉗分別卡住信號(hào)線(xiàn)和地線(xiàn)(f1)如果干擾范圍相同,(f1)干擾僅含共模干擾成分;如果不同,(f1)差模干擾成分也包含在干擾中。





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如何抑制共模干擾?


共模干擾EMC干擾中最常見(jiàn)、最有害的干擾是過(guò)濾器,這是抑制和預(yù)防共模干擾的重要措施。過(guò)濾器的功能是允許特定頻率的信號(hào)順利通過(guò),而其他頻率的信號(hào)應(yīng)大大抑制。它本質(zhì)上是一個(gè)選頻電路,切斷了沿信號(hào)線(xiàn)或電源線(xiàn)傳輸電磁干擾的路徑。此外,它是壓縮干擾頻譜的有效方法。當(dāng)干擾頻譜不同于有用信號(hào)的頻帶時(shí),可以使用濾波器過(guò)濾無(wú)用的干擾信號(hào)。因此,正確選擇和使用濾波器對(duì)抑制共模干擾非常重要。

若有用信號(hào)為差模信號(hào),干擾信號(hào)為共模信號(hào),則可采用共模電感抑制干擾信號(hào):

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共模電感的原理和抑制干擾

USB傳輸線(xiàn)上的信號(hào)是差分信號(hào),干擾源是共模干擾信號(hào)。在傳輸線(xiàn)上串聯(lián)共模電感可以更好地抑制共模干擾,而不會(huì)衰減有用的差分信號(hào)。

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USB高速運(yùn)行會(huì)在DM/DP信號(hào)線(xiàn)上產(chǎn)生很強(qiáng)的共模干擾

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電路中加入濾波器-共模電感后共模干擾信號(hào)得到有效抑制

共模電感串入電路。當(dāng)共模干擾電流通過(guò)線(xiàn)圈時(shí),由于共模干擾電流的同向性,線(xiàn)圈中的同向磁場(chǎng)會(huì)增加線(xiàn)圈的感應(yīng)阻力,使線(xiàn)圈具有較高的阻抗性和較強(qiáng)的阻尼效果,從而衰減共模干擾電流,達(dá)到濾波的目的;當(dāng)電路中的正常差模電流通過(guò)共模電感時(shí),電流在共模電感線(xiàn)圈中產(chǎn)生反向磁場(chǎng)并相互抵消,因此對(duì)正常差模電流沒(méi)有衰減效果。

案例USB共模干擾抑制信號(hào)上的方法

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USB端口的濾波處理-使用共模電感

如果共模干擾源在電源電路中,可以使用共模電容來(lái)抑制干擾信號(hào)

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在電路中引入共模電容時(shí),共模電容提供最短的路徑,使共模干擾信號(hào)旁路,從而抑制共模干擾的產(chǎn)生。

如果電源電路仍有差模干擾,則使用差模電容器抑制干擾

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將差模電容引入電路時(shí),差模電容提供最短的路徑,使差模干擾信號(hào)旁路,從而抑制差模干擾的產(chǎn)生。




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