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开关电源是怎么产生共模干扰的?电子电路的小知识

开关电源是怎么产生共模干扰的?电子电路的小知识共模电感抑制共模干扰:二、共模干扰共模干扰指的是干扰电压在信号线及其回线(一般称为信号地线)上的幅度相同,这里的电压以附近任何一个物体(大地、金属机箱、参照地线板等)为参照电位,干扰电流回路则是在导线与参照物体构成的回路中流动。【两导线上干扰电流振幅相等,方向相同】共模干扰不直接影响设备,而是通过转化为差模电压来影响设备。对于设备接大地,应尽量保证两根线的均衡,避免共模电压转化为差模电压。

电子电路的小知识,共模干扰与差模干扰,你了解了么?

一、共模与差模简介

电器设备的电源线,电话等的通信线,与其它设备或外围设备互相替换的通讯线路,至少有两根导线,这两根导线作为往返线路输送电力或信号,在这两根导线之外通常还有第三导体 这就是"地线"。电压和电流的变化通过导线传输时有两种形态,一种是两根导线分别做为往返线路传输,我们称之为"差模";另一种是两根导线做去路,地线做返回传输,我们称之为"共模"。

开关电源是怎么产生共模干扰的?电子电路的小知识(1)

图1.共模与差模信号图

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二、共模干扰

共模干扰指的是干扰电压在信号线及其回线(一般称为信号地线)上的幅度相同,这里的电压以附近任何一个物体(大地、金属机箱、参照地线板等)为参照电位,干扰电流回路则是在导线与参照物体构成的回路中流动。【两导线上干扰电流振幅相等,方向相同】

开关电源是怎么产生共模干扰的?电子电路的小知识(2)

图2.共模干扰

共模干扰不直接影响设备,而是通过转化为差模电压来影响设备。对于设备接大地,应尽量保证两根线的均衡,避免共模电压转化为差模电压。

抑制共模干扰:

共模电感

目前已经知道共模信号是两个幅度相等、相位相同的信号,共模信号会影响电路板的正常工作,也会以电磁波的形式干扰周围环境。用电感来抑制共模信号,和磁场有关。电感产生的磁场以及磁通量的大小,对于通电螺线管的磁场方向判断方法为,右手握住螺管,四指指向电流方向,则拇指指向就是磁场方向。之后介绍一个重要的名词,即磁通。垂直通过一个截面的磁力线总量称为该截面的磁通量,简称磁通。磁力线是通电螺线管产生的,是现实中存在的,只是看不见也摸不着,磁力线是一个闭和的回路,对于通电螺线管,磁力线都要经过螺线管内部,磁力线是与磁感应强度B成正比的。

磁通量用F表示,是一个标量,单位为韦伯,代号Wb。磁通量和磁感应强度B以及截面积A的关系为:F=BA从关系式能够看出,穿过横截面的磁力线越多,磁通量就越大。对于绕在磁芯上的线圈,在其上通电流i,则线圈的电感L能够表示为:L=NF/i。N为线圈匝数。到此为止,通过上述的简要概述,能够知道,绕在磁芯上的线圈在匝数和电流不变时,磁芯中穿过的磁力线越多,那么磁通量就越大,则相对应的电感量也越大。电感天生的作用就是阻止流过其上电流的变化,其实质是阻止其磁通量的变化。这就是利用共模电感来抑制共模电流的根本原理。

如下图所示,共模电流在共模电感上产生的磁感应强度,电流I1产生的磁感应强度为B1,电流I2产生的磁感应强度为B2,两条黄色箭头分别表示电流I1和I2在铁氧体中产生的磁力线,能够看出电流I1和I2产生的磁力线是相加的,故磁通也是相加的,那么电感量就是相加的,电感量越大,对电流的抑制才能就越强。对于共模电感怎么样抑制共模电流用一句话能够解释,即共模电感上流过共模电流时磁环中的磁通互相叠加,从而具有相当大的电感量,对共模电流起到抑制作用。当两个线圈流过差模电流时,铁氧体磁环中的磁力线相反,导致磁通互相抵消,简直没有电感量,所以差模信号能够根本没衰减的通过(考虑到电感自身具有一定的电阻)。所以不仅对于开关电源的输写滤波器加共模电感,在走差分信号线时也能够加上共模电感来抑制共模电流,以防止电路误触发等现象。

开关电源是怎么产生共模干扰的?电子电路的小知识(3)

图3.共模电流在共模电感上的磁通分布

对于共模电感怎么样抑制共模电流:共模电感上流过共模电流时磁环中的磁通互相叠加,从而具有相当大的电感量,对共模电流起到抑制作用。

当两个线圈流过差模电流时,铁氧体磁环中的磁力线相反,导致磁通互相抵消,简直没有电感量,所以差模信号能够根本没衰减的通过(考虑到电感自身具有一定的电阻)。所以不仅对于开关电源的输写滤波器加共模电感,在走差分信号线时也能够加上共模电感来抑制共模电流,以防止电路误触发等现象。

共模电感选取:L=X1/ 2*pi *f

X1:频次为f时的阻抗值

·共模电容

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·屏蔽双绞线

三、差模干扰

差模干扰指的是干扰电压存在于信号线及其回线(一般称为信号地线)之间,干扰电流回路则是在导线与参考物体构成的回路中流动。

开关电源是怎么产生共模干扰的?电子电路的小知识(5)

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。

抑制差模干扰:

·差模电感

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能够看到,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。线圈特性是频次越高,阻抗越大,因此利用线圈在高频次时阻抗大的特性来衰减差模信号。当频次为50Hz,线圈阻抗接近于0,不起衰减作用,相当于导线。当频次为500K,线圈阻抗到达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,负载上的干扰电压独有1%,但同时电流也有衰减。

·差模电容

开关电源是怎么产生共模干扰的?电子电路的小知识(7)

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。

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