淺談EMC的共模干擾與差模干擾

一、什么是共模與差模

電器設(shè)備的電源線，電話等的通信線，與其它設(shè)備或外圍設(shè)備相互交換的通訊線路，至少有兩根導(dǎo)線，這兩根導(dǎo)線作為往返線路輸送電力或信號(hào)，在這兩根導(dǎo)線之外通常還有第三導(dǎo)體,這就是"地線"。

電壓和電流的變化通過(guò)導(dǎo)線傳輸時(shí)有兩種形態(tài)，一種是兩根導(dǎo)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(dǎo)線做去路，地線做返回傳輸，我們稱之為"共模"。如上圖，藍(lán)色信號(hào)是在兩根導(dǎo)線內(nèi)部作往返傳輸?shù)模覀兎Q之為"差模";而黃信號(hào)是在信號(hào)與地線之間傳輸?shù)?，我們稱之為"共模"。

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(lái)表示：

1、共模干擾

共模干擾在導(dǎo)線與地(機(jī)殼)之間傳輸，屬于非對(duì)稱性干擾，它定義為任何載流導(dǎo)體與參考地之間的不希望有的電位差;

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(shè)備對(duì)外的干擾多以共模干擾為主，外來(lái)的干擾也多以共模干擾為主，共模干擾本身一般不會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生危害，但是如果共模干擾轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅８蓴_，干擾就嚴(yán)重了，因?yàn)橛杏眯盘?hào)都是差模信號(hào)。

2、差模干擾

差模干擾在兩導(dǎo)線之間傳輸，屬于對(duì)稱性干擾,它定義為任何兩個(gè)載流導(dǎo)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(guò)導(dǎo)線產(chǎn)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。

二、共模干擾產(chǎn)生原因

1、電網(wǎng)串入共模干擾電壓。

2、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)線上感應(yīng)出共模干擾，原因是交變的磁場(chǎng)產(chǎn)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(gè)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(jiǎn)單的說(shuō)就電位差而造就了共模干擾。

4、設(shè)備內(nèi)部的線路對(duì)電源線造成的共模干擾。

三、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(xiàn)的，一般情況下共模干擾電流產(chǎn)生的原因有三個(gè)方面:

1、外界電磁場(chǎng)在電路走線中的所有導(dǎo)線上感應(yīng)出來(lái)電壓(這個(gè)電壓相對(duì)于大地是等幅和同相的)，由這個(gè)電壓產(chǎn)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(gè)地電位差的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)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(huì)產(chǎn)生共模干擾電流。器件如果在其電路走線上產(chǎn)生共模干擾電流，則電路走線會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁輻射，對(duì)電子、電氣產(chǎn)品元器件產(chǎn)生電磁干擾，影響產(chǎn)品的性能指標(biāo);另外，當(dāng)電路不平衡時(shí)，共模干擾電流會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅８蓴_電流，差模干擾電流對(duì)電路直接產(chǎn)生干擾影響。對(duì)于電子、電氣產(chǎn)品電路中的信號(hào)線及其回路而言：差模干擾電流流過(guò)電路中的導(dǎo)線環(huán)路時(shí)，將引起差模干擾輻射，這種環(huán)路相當(dāng)于小環(huán)天線，能向空間輻射磁場(chǎng)，或接收磁場(chǎng)。

四、如何識(shí)別共模干擾

1，從干擾源判斷：

雷電、附近發(fā)生的電弧、附近的電臺(tái)或其它大功率輻射裝置在電纜上產(chǎn)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(guò)空間感應(yīng)到電纜上的，這種感應(yīng)只有在較高頻率時(shí)才容易發(fā)生。但有一種例外，當(dāng)電纜從很強(qiáng)的磁場(chǎng)輻射源(例如，開(kāi)關(guān)電源)旁邊通過(guò)時(shí)，也會(huì)感應(yīng)到頻率較低的共模干擾。

3，儀器測(cè)量：

只要有一臺(tái)頻譜分析儀和一只電流卡鉗就可以進(jìn)行測(cè)量、判斷了，判斷的步驟如下：

a. 將電流卡鉗分別卡在信號(hào)線或地線(火線或零線)上，記錄下某個(gè)感應(yīng)頻率(f1)的干擾強(qiáng)度;

b.將電流卡鉗同時(shí)卡住信號(hào)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(jìn)行步驟c的判別;

c.將卡鉗分別卡住信號(hào)線和地線，若兩根線上測(cè)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。

五、如何抑制共模干擾

共模干擾作為EMC干擾中最為常見(jiàn)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(xiàng)重要措施。

濾波器的功能就是允許某一特定頻率的信號(hào)順利通過(guò)，而其它頻率的信號(hào)則要受到較大的抑制，它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)選頻電路，它切斷了電磁干擾沿信號(hào)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(dāng)干擾頻譜不同于有用信號(hào)的頻帶時(shí)，可以用濾波器將無(wú)用的干擾信號(hào)濾除。因此，恰當(dāng)?shù)剡x擇和正確地使用濾波器對(duì)抑制共模干擾是十分重要的。如果有用信號(hào)是差模信號(hào)而干擾信號(hào)是共模信號(hào)，可使用共模電感來(lái)抑制干擾信號(hào)：