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電源線的噪聲共模干擾和差模干擾優(yōu)化設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2017-11-10 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】當(dāng)電路中的正常電流通過(guò)時(shí),電流在同相位繞制的電感線圈中產(chǎn)生反向的磁場(chǎng)而相互抵消,此時(shí)正常信號(hào)電流主要受線圈電阻的影響(和少量因漏感造成的阻尼);當(dāng)共模電流流過(guò)線圈時(shí),由于共模電流的同向性,會(huì)在線圈類(lèi)產(chǎn)生同向的磁場(chǎng)而增大線圈的阻抗,使線圈表現(xiàn)為高阻抗,產(chǎn)生較強(qiáng)的阻尼效果,以此衰減共模電流達(dá)到濾波的目的。



一.電源線噪聲

      電網(wǎng)中各種用電設(shè)備產(chǎn)生的電磁騷擾沿著電源線傳播所造成的,電源線的噪聲分為兩大類(lèi):共模干擾和差模干擾。

1.共模干擾(Common-mode Interference):兩導(dǎo)線上的干擾電流振幅相等,而方向相同者稱為共模干擾。(任何載流體與地之間不希望有的電位)

共模干擾的消除
共模扼流圈工作原理如下:

共模扼流圈

       當(dāng)電路中的正常電流通過(guò)時(shí),電流在同相位繞制的電感線圈中產(chǎn)生反向的磁場(chǎng)而相互抵消,此時(shí)正常信號(hào)電流主要受線圈電阻的影響(和少量因漏感造成的阻尼);當(dāng)共模電流流過(guò)線圈時(shí),由于共模電流的同向性,會(huì)在線圈類(lèi)產(chǎn)生同向的磁場(chǎng)而增大線圈的阻抗,使線圈表現(xiàn)為高阻抗,產(chǎn)生較強(qiáng)的阻尼效果,以此衰減共模電流達(dá)到濾波的目的。

 

       共模電容的工作原理和差模電容的工作原理是一致的,都是利用電容的高頻低阻性,使高頻干擾電路短路,而低頻時(shí)電路不受任何影響。只是差模電容是兩極之間短路,而共模電容是線對(duì)地短路。

消除共模干擾的方法包括:

(1).采用雙絞線并有效接地。

(2).強(qiáng)電場(chǎng)的地方還需要采用度鋅管屏蔽。

(3).布線時(shí)遠(yuǎn)離高壓線,更不能將高壓電源線和信號(hào)線捆在一起走線。

(4).不要和電控所共用同一個(gè)電源。

(5).采用線形穩(wěn)壓電源或高品質(zhì)的開(kāi)關(guān)電源(紋波干擾小于50mV)

(6).采用差分式電路

2.差模干擾(Differential-mode Interference):兩導(dǎo)線上的干擾電流,振幅相等,方向相反稱為差模干擾。(任何兩個(gè)載流體之間不希望有的電位差)

(電容C的容量范圍大致是2200pF-0.1uF,為減小漏電流,電容量不宜超過(guò)0.1uF)

差模干擾的消除

       當(dāng)干擾信號(hào)頻率越高時(shí),Zc越小,效果越明顯,而低頻時(shí)電路不受任何影響。(電容C的容量大致是0.01-0.47uF)

任何電源線上傳導(dǎo)干擾信號(hào),均用差模和共模信號(hào)來(lái)表示,差模干擾在兩導(dǎo)線之間傳輸,屬于對(duì)稱性干擾;共模干擾在導(dǎo)線與地(機(jī)殼)之間傳輸,一般指在兩根信號(hào)線上產(chǎn)生的幅值相等,相位相同的噪聲,屬于非對(duì)對(duì)稱性干擾。在一般情況下,差模干擾幅度小、頻率低、所造成的干擾較?。还材8蓴_幅度大、頻率高,還可以通過(guò)導(dǎo)線輻射,所造成的干擾較小。

3.濾波器

       該五端器件有兩個(gè)輸入端,兩個(gè)輸出端和一個(gè)接地端,使用時(shí)外殼應(yīng)該接到大地。

L抑制共模干擾,對(duì)差模干擾不起作用。

      其中兩條紅線是火線和零線N的共模干擾電流回路,稱為漏感電流回路。

      L相對(duì)于N為220V,外殼如果不接地,存在110V的電壓

對(duì)地漏電流計(jì)算:

       Icd=2*pi*f*C*Uc

其中Icd為漏電流;f為電網(wǎng)頻率;

       Icd=ICYL+ICYN

            =50*110*2*3.1415926*(2200p)*2

            =0.15mA

       漏電流與C成正比,這樣安全性高(但是C取的太小,漏電流太小又起不到消除干擾的目的),一般為幾百微安到幾毫安。

接地線的電阻越高,使用者面臨的風(fēng)險(xiǎn)越大,如果一個(gè)人觸碰了破損接地線的設(shè)備,漏電流將流經(jīng)人體到達(dá)大地。

常用的四種簡(jiǎn)易的EMI裝置

       為降低成本和減小體積,開(kāi)關(guān)電源一般采用簡(jiǎn)易的EMI濾波器,主要包括共模扼流圈L和濾波電容,以下四種可以根據(jù)情況進(jìn)行選擇:

      上圖R為放電電阻,可將C1上積累的電荷放掉,避免因電荷積累而影響濾波特性,斷電后還能使電源的進(jìn)電端不帶電,保證使用的安全性。

二.輸入電流畸變?cè)斐傻脑肼?/strong>

       開(kāi)關(guān)電源普遍采用橋式整流,電容濾波的裝置。在沒(méi)有PFC功能的輸入級(jí),由于整流二極管的非線性和濾波電容的儲(chǔ)能功能,使得二極管的導(dǎo)通角變小,輸入電流變成一個(gè)峰值很高、時(shí)間很短的尖峰脈沖電流。給系統(tǒng)帶來(lái)了諧波干擾,并且降低了功率因數(shù)。
 

三.開(kāi)關(guān)管及變壓器產(chǎn)生的干擾

       開(kāi)關(guān)管是開(kāi)關(guān)電源的核心器件,同時(shí)也是干擾源。當(dāng)開(kāi)關(guān)管的頻率升高,開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率升高,會(huì)給整個(gè)系統(tǒng)增加干擾,此時(shí)如果吸收回路的二極管或者電容電阻的參數(shù)選擇不當(dāng)?shù)臅r(shí)候也會(huì)給整個(gè)系統(tǒng)帶來(lái)干擾。

       開(kāi)關(guān)電源工作過(guò)程中,由初級(jí)濾波大電容、高頻變壓器初級(jí)線圈和開(kāi)關(guān)管構(gòu)成一個(gè)高頻電流回路,該回路造成一個(gè)較大的輻射噪聲。
 

四.輸出整流二極管產(chǎn)生的噪聲

       理想的二極管在承受反向電壓時(shí)截至,不會(huì)有反向電流通過(guò)。而實(shí)際二極管,當(dāng)二極管正向?qū)〞r(shí),PN結(jié)類(lèi)的電荷被積累,當(dāng)二極管承受反向電壓時(shí),PN結(jié)類(lèi)的電荷釋放并形成一個(gè)反向恢復(fù)電流,它恢復(fù)到零點(diǎn)的時(shí)間與結(jié)電容的大小有關(guān)??梢栽诙O管兩端并聯(lián)RC,用來(lái)吸收噪聲。
 

五.分布及寄生參數(shù)引起的開(kāi)關(guān)電源的噪聲

       開(kāi)關(guān)電源的分布參數(shù)是多數(shù)干擾的內(nèi)在因素,開(kāi)關(guān)電源和散熱器之間的分布電容、變壓器初次級(jí)之間的分布電容、原副邊的漏感都是噪聲源,此外在高頻信號(hào)下的元件都有高頻特性。高頻工作時(shí)導(dǎo)線變成了發(fā)射線、電容變成了電感、電感變成了電容、電阻變成了共振電路。



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