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细说共模干扰和差模干扰(四个腿的电感是什么?有什么作用?)

通常有三条电源线,火线L,零线N和地线PE。通过导线传输电压和电流的变化有两种形式, 一是两条导线分别作为往返线路传输, 我们称之为"差模";另一种是两根导线去路,地线返回传输, 我们称之为"共模"。

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如上图,蓝色信号是在两根导线内部作往返传输的,我们称之为"差模";黄色信号在信号和地线之间传输,我们称之为"共模"。

共模干扰和差模干扰可以都可以用共模干扰和差模干扰来表示。共模干扰在导线与地面(外壳)之间传输,属于不对称干扰,定义为任何载流导体与参考地之间的希望的电位差;差模干扰在两条导线之间传输,属于对称干扰,定义为任何两个载流导体之间不希望的电位差。一般情况下,共模干扰范围大,频率高,也可通过导线产生辐射,干扰大。差模干扰范围小,频率低,干扰小。

共模干扰的电流大小不一定相等,但方向(相位)相同。电气设备的外部干扰主要是共模干扰,外部干扰主要是共模干扰。共模干扰本身一般不会对设备造成伤害,但如果共模干扰转化为差模干扰,干扰会严重,因为有用信号是差模信号。

差模干扰的电流大小相等,方向(相位)相反。差模电流会转化为共模电流,因为布线的分布电容、电感、信号布线阻抗不连续,信号回流路径流过意想不到的通路。

1. 共模干扰电压串入电网。

2. 辐射干扰(如雷电、设备电弧、附近电台、大功率辐射源)在信号线上感应共模干扰,因为交变磁场产生交变电流,地线-零线电路面积与地线-火线电路面积不同,两个电路阻抗不同。

3.接地电压不同,简单来说就是电位差造成共模干扰。

4.设备内线路对电源线的共模干扰。

共模干扰通常以共模干扰电流的形式出现,一般来说,共模干扰电流有三个原因:

1. 外部电磁场在电路接线中的所有导线上感应到电压该电压与地球相等),由该电压产生的电流。

2. 由于电路接线两端设备连接的地电位不同,在地电位差的驱动下产生的电流。

3. 设备上的电路接线与地面之间存在电位差,使电路接线产生共模干扰电流。

1.如果设备在电路接线上产生共模干扰电流,电路接线会产生强电磁辐射,对电子电气产品元件产生电磁干扰,影响产品性能指标;

2.当电路不平衡时,共模干扰电流会转化为差模干扰电流,差模干扰电流会直接影响电路。对于电子电气产品电路中的信号线及其电路,当差模干扰电流通过电路中的导线环时,会引起差模干扰辐射,相当于小环天线,可以向空间辐射磁场或接收磁场。

3. 共模干扰主要集中在1MHz以上。这是因为共模干扰是通过空间感应到电缆的,只有在高频时才容易发生。但有一个例外,当电缆通过强磁场辐射源(如开关电源)时,也会感应到低频共模干扰。

共模干扰EMC最常见、最有害的干扰是滤波。

共模电感串入电路。当共模干扰电流通过线圈时,由于共模干扰电流的同向性,线圈中的同向磁场会增加线圈的感应阻力,使线圈具有较高的阻抗性和较强的阻尼效果,从而衰减共模干扰电流,达到滤波的目的;当电路中的正常差模电流通过共模电感时,电流在共模电感线圈中产生反向磁场,因此,基本上没有衰减正常差模电流。

案例 USB 共模干扰抑制信号上的方法

USB 端口滤波处理-共模电感

USB 传输线上的信号是差分信号,干扰源是共模干扰信号。在传输线上串联共模电感可以更好地抑制共模干扰,而不会衰减有用的差分信号。

USB 高速运行会在DM/DP在信号线上产生强烈的共模干扰

在电路中添加滤波器-共模电感后,有效抑制共模干扰信号。如果共模干扰源在电源电路中,则可以使用共模电容器来抑制干扰信号。

在电路中引入共模电容,则共模电容提供最短的路径使共模干扰信号被旁路,从而抑制共模干扰的产生。如果电源回路同时还存在差模干扰,使用差模电容来抑制干扰。

如果将差模电容引入电路,差模电容提供最短的路径,使差模干扰信号旁路,从而抑制差模干扰的产生。共模干扰EMC除了滤波器外,抑制干扰中最常见、最有害的干扰还可以屏蔽信号线PCB 降低地线阻抗,降低共模信号强度等方法。

我们常见的电感是两条腿,称为差模电感。今天,我将介绍四条腿的共模电感。

差模电流:一对大小相同、方向相反的大小相同、方向相反的信号通常是电路中的工作电流,信号线是信号线与信号地线之间的电流。

共模电流:一对大小相同、方向相同的信号(或噪声)。在电路中,地面噪声通常通过共模电流传输,因此也称为共模噪声。

抑制共模噪声的方法有很多种。除了从源头上降低共模噪声外,通常最常用的抑制方法是使用共模电感来过滤共模噪声,即在目标电路外阻挡共模噪声。即在线路中串联共模扼流器件。这样做的目的是增加共模电路的阻抗,使共模电流被扼流器消耗和阻挡(反射),从而抑制线路中的共模噪声。

当交变电流通过时,由于电磁感应,在线圈中产生磁通量。对于差模信号,产生的磁通量大小相同,方向相反,相互抵消,磁环产生的差模阻抗很小;对于共模信号,产生的磁通量大小和方向相同,相互叠加,使磁环产生较大的共模阻抗。这一特性使得共模电感对差模信号影响不大,对共模噪声具有良好的滤波性能。

1)差模电流通过共模线圈,磁线方向相反,感应磁场减弱。从下图中可以看出,实线箭头表示电流方向,虚线表示磁场方向

,磁线方向相同,感应磁场增强。从下图中可以看出,实线箭头表示电流方向,虚线表示磁场方向。

共模线圈的电感或者称为自感系数,我们知道电感是表征产生磁场的能力。对于共模线圈或者共模电感,当共模电流流过线圈时,由于磁力线方向相同,在不考虑漏感的情况下,磁通量叠加,其原理是互感。下图红色线圈产生的磁力线穿过蓝色线圈,同时蓝色线圈产生的磁力线也穿过红色线圈,彼此相互感应。

从电感的角度来看,电感也成倍增加,磁链代表总磁通量。对于共模电感,当磁通量是原来的两倍时,匝数没有变化,电流也没有变化。此时,电感量增加到原来的两倍,这意味着等效磁导率增加到原来的两倍。

从以下电感公式来看,由于匝数N没有改变,磁路和磁芯的截面积由磁芯的物理尺寸决定,因此没有改变,唯一的是磁导率u增加了一倍,从而产生更多的磁通量。

因此,当共模电流通过时,共模电感在互感模式下工作。在互感的作用下,等效电感成倍增加,共模感抗成倍增加,对共模信号有良好的滤波效果,即用大阻抗阻挡共模信号,防止其通过共模电感,即不将该信号传输到电路的下一级,如下所示ZL。

在共模模电感在共模模式下的电感量,主要线索是了解所有磁性元件。什么名称只要把握磁场的变化形式,透过现象看磁场变化的本质,也会容易理解。

标签: 磁环电感屏蔽

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