差模干扰与共模干扰

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。

 

### 差模干扰与共干扰区别 差模干扰共模干扰是两种不同的电磁干扰形式,它们的主要区别在于电流的方向性传播路径。 #### 定义差异 - **差模干扰**指的是在两条导线上传播的干扰信号,其特点是电流大小相等但方向相反。这种干扰主要表现为两根导线间的电压波动[^2]。 - **共模干扰**则是指在同一网络中的所有导线上都存在的干扰信号,其特点为电流大小可能不同但方向一致。这类干扰通常来源于外部环境或设备自身的辐射场[^1]。 ### 抑制方法对比分析 针对这两种不同类型干扰的特点,采取相应的措施来减少或者消除它们的影响至关重要: #### 对于差模干扰的抑制策略 - 使用X电容是一种常见做法,该元件被放置于线路间以吸收瞬态能量从而降低差成分带来的影响[X电容主要用于跨接火零两极之间起到滤除差模干扰的作用][^3]. ```python # 示例代码展示如何简单拟一个RC低通滤波器用于衰减高频差噪声 import numpy as np def rc_filter(input_signal, R=10e3, C=1e-6, dt=1e-4): tau = R * C # 时间常数 output_signal = [] v_out_prev = 0 for u_in in input_signal: dv_dt = (u_in - v_out_prev) / tau v_out_curr = v_out_prev + dv_dt * dt output_signal.append(v_out_curr) v_out_prev = v_out_curr return np.array(output_signal) input_waveform = np.random.normal(loc=0.0, scale=1.0, size=(int(1/dt))) filtered_output = rc_filter(input_waveform) ``` #### 针对共模干扰的有效手段 - 应用Y电容能够有效缓解由共转化成差所引发的问题[Y电容连接在线缆与大地之间帮助旁路过量EMI频率][^3]. 此外,合理布局PCB板走线设计同样有助于削弱此类现象的发生几率. ### 结论总结 综上所述,理解并区分好差模干扰共模干扰各自属性对于制定针对性解决方案具有重要意义。通过恰当选择诸如X/Y类别的安全规格电容器以及其他工程技术手法相结合的方式,则可显著改善电子装置抗扰能力表现水平。
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