利用共模差模分离技术对传导干扰进行高效整改
电磁干扰(EMI)差模共模干扰抑制措施
54差模干扰在电路回路中存在大小相等、方向相反的干扰电流,并且干扰电流在由两根导线组成的回路中传输。
图4.1.1:差模干扰示意图产生的原因差模干扰中的干扰是起源在回路线路之中(直接注入),如同一线路中工作的电机,开关电源,可控硅等,他们在回路上所产生的干扰就是差模干扰。
如何影响设备差模干扰直接作用在设备两端的,直接影响设备工作,甚至破坏设备。
(表现为尖峰电压,电压跌落及中断)如何滤除差模干扰主要采用差模线圈和差模电容。
55差模线圈图4.1.2:差模线圈示意图从图中可知,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,线圈在低频率时低阻抗,高频率时高阻抗,所以在高频时利用它的高阻抗衰减差模信号。
差模电容电容具有低频率高阻抗,高频率低阻抗特性,利用电容在高频时它的低阻抗短路掉差模信号。
图4.1.3:差模电容示意图56共模干扰在电路回路中存在大小相等、方向相同的干扰电流,并且干扰电流在导线与地线中传输。
产生的原因电网串入共模电压、辐射干扰(如雷电) 在信号线上感应出共模电压、接地电压存在电位差引入共模电压。
如何影响设备因为在负载两端没有电位差,所有的共模电流都通过电缆和地之间的寄生电容流向地线,由于电路的非平衡性。
相同的共摸电压会在信号线和信号地线上产生不同的幅度的共模电流。
从而产生差模电压,形成干扰。
如何滤除共模干扰主要采用共模线圈和共模电容。
图4.2.1:共模干扰示意图57共模线圈图4.2.2:共模线圈示意图共模线圈和差模线圈原理比较类似,都是利用线圈高频时的高阻抗来衰减干扰信号。
共模线圈和差模线圈绕线方法刚好相反。
共模线圈对方向相反的电流基本不起作用。
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。
图4.2.3:共模电容示意图58线圈抑制频率响应实际的电感是L 、C 的并联网络(忽略绕组的电阻)它的阻抗特性如图4.3.1所示,图4.3.1:电感频率响应图DM (LC)-1/2从图上可知,在谐振频率以下,呈现电感的阻抗特性,谐振频率以上,呈现电容的阻抗特性,随着频率的升高.阻抗越来越小,失去对干扰的抑制作用。
电磁干扰差模共模干扰抑制措施
电磁干扰差模共模干扰抑制措施电磁干扰(EMI)是指在电磁环境中,由于电磁波的辐射、传导或耦合而引起的潜在问题。
在电子设备中,差模共模干扰是最常见和容易发生的电磁干扰形式之一、差模干扰是指在信号的正负两根导线上引入的干扰信号。
共模干扰是指在信号和地线之间或信号和屏蔽之间引入的干扰信号。
为了保证电子设备的正常工作,需要采取一系列抑制措施来抑制差模共模干扰。
1.使用差分信号传输:差模干扰是指在信号的正负两根导线上引入的干扰信号,而差分信号传输采用了两根互补的信号线,其中一根是信号线,另一根是信号线的反相线。
这样设计可以使得差模信号在两根导线上被平衡地引入,从而减小差模干扰的影响。
2.使用屏蔽线缆:差分信号传输可以减小差模干扰,但无法完全消除。
将信号线包裹在屏蔽层中可以进一步减小差模干扰的影响。
屏蔽线缆使用了金属屏蔽层,可以有效地吸收和屏蔽外部的电磁干扰,从而减小差模干扰。
3.采用均衡电路:在接收信号的端口,使用均衡电路可以进一步减小差模干扰的影响。
均衡电路可以将差模信号进行抵消,从而降低差模干扰对信号的影响。
4.使用差模输入输出接口:差模输入输出接口可以限制差模干扰信号的传播路径。
通过选择合适的差模输入输出接口,可以减小差模干扰信号的传播,从而减小对设备的影响。
1.接地:良好的接地可以减小共模干扰的影响。
在设计电子设备时,需要合理设置接地点,确保设备的各个部分都能够得到正确的接地。
2.屏蔽:在信号传输过程中,可以采用屏蔽层将信号线和地线之间隔离,从而减小共模干扰的影响。
屏蔽层采用金属材料制成,可以有效地吸收和屏蔽外部的电磁干扰。
3.使用滤波器:在信号线上安装共模滤波器可以减小共模干扰的影响。
共模滤波器可以选择合适的频率范围,将共模干扰信号滤除,从而保证信号的质量。
4.绕线方式:在布线时,可以通过适当的绕线方式来减小共模干扰的影响。
例如,采用环形绕线、交叉绕线等方法,可以使得信号线和地线之间的耦合减小,从而减小共模干扰。
开关电源的共模干扰抑制技术,开关电源共模电磁干扰(EMI)对策详解
开关电源的共模干扰抑制技术|开关电源共模电磁干扰(EMI)对策详解由于MOSFET及IGBT和软开关技术在电力电子电路中的广泛应用,使得功率变换器的开关频率越来越高,结构更加紧凑,但亦带来许多问题,如寄生元件产生的影响加剧,电磁辐射加剧等,所以EMI问题是目前电力电子界关注的主要问题之一。
传导是电力电子装置中干扰传播的重要途径。
差模干扰和共模干扰是主要的传导干扰形态。
多数情况下,功率变换器的传导干扰以共模干扰为主。
本文介绍了一种基于补偿原理的无源共模干扰抑制技术,并成功地应用于多种功率变换器拓扑中。
理论和实验结果都证明了,它能有效地减小电路中的高频传导共模干扰。
这一方案的优越性在于,它无需额外的控制电路和辅助电源,不依赖于电源变换器其他部分的运行情况,结构简单、紧凑。
1 补偿原理共模噪声与差模噪声产生的内部机制有所不同:差模噪声主要由开关变换器的脉动电流引起;共模噪声则主要由较高的d/d与杂散参数间相互作用而产生的高频振荡引起。
如图1所示。
共模电流包含连线到接地面的位移电流,同时,由于开关器件端子上的d/d是最大的,所以开关器件与散热片之间的杂散电容也将产生共模电流。
图2给出了这种新型共模噪声抑制电路所依据的本质概念。
开关器件的d/d通过外壳和散热片之间的寄生电容对地形成噪声电流。
抑制电路通过检测器件的d/d,并把它反相,然后加到一个补偿电容上面,从而形成补偿电流对噪声电流的抵消。
即补偿电流与噪声电流等幅但相位相差180°,并且也流入接地层。
根据基尔霍夫电流定律,这两股电流在接地点汇流为零,于是50Ω的阻抗平衡网络(LISN)电阻(接测量接收机的BNC端口)上的共模噪声电压被大大减弱了。
图1 CM及DM噪声电流的耦合路径示意图图2 提出的共模噪声消除方法2 基于补偿原理的共模干扰抑制技术在开关电源中的应用本文以单端反激电路为例,介绍基于补偿原理的共模干扰抑制技术在功率变换器中的应用。
图3给出了典型单端反激变换器的拓扑结构,并加入了新的共模噪声抑制电路。
共模差模信号的关键特性和噪音的抑制方法
共模差模信号的关键特性和噪音的抑制方法一、共模和差模信号的关键特性:1.共模信号:指信号在两个输入信号上同时存在且具有相同幅值和相位的部分。
共模信号是两个输入信号发生共同变化的部分,如噪音源引起的干扰信号。
2.差模信号:指信号在两个输入信号上的幅值和相位差异的部分。
差模信号是两个输入信号发生差异的部分,如有用信号。
共模和差模信号的关键特性如下:1.幅值:共模信号的幅值与输入信号的幅值相等;差模信号的幅值与输入信号的差值相关。
2.相位:共模信号的相位与输入信号的相位相等;差模信号的相位与输入信号的差值相关。
二、噪音的抑制方法:1.电源和地线的设计:合理设计电源和地线,减少共模噪音的传播路径和干扰。
2.屏蔽技术:使用屏蔽材料或屏蔽罩,将设备或电路的敏感部分与外界隔离,减少外界电磁干扰对系统的影响。
3.信号处理技术:利用信号处理方法对差模信号进行滤波处理,抑制干扰。
4.绕线方法:通过合理绕线,使共模噪音在电路板上的传播路径尽量远离敏感部分,减少对系统的影响。
5.使用差模信号传输:采用差模信号传输方式,使差模信号得到增强,共模噪音得到抑制。
6.地线隔离:合理设计地线,避免共地环路产生的共模噪音传播。
7.使用低噪声元件:选择低噪声元件,降低系统的噪声水平。
8.过滤器:在信号输入或输出端使用合适的滤波器,削弱噪声干扰。
9.转换器的设计:在转换器的设计中,采用抗干扰设计,提高抗干扰能力。
总结:共模和差模信号是信号处理中重要的概念,其关键特性能够帮助我们理解信号传输过程中存在的噪音和干扰。
而噪音的抑制方法则是为了尽量减少系统中的干扰信号,提高系统性能和可靠性。
通过合理设计和处理信号,优化电路和系统的结构,以及选择适当的抑制方法,能够有效地抑制噪音,提高系统的抗干扰能力,保证信号的质量和可靠性。
逆变器emc传导辐射测试整改技巧
逆变器EMC传导辐射测试整改的技巧包括以下步骤:
1. 查找确认辐射源:使用排除法、频谱分析仪频点搜索法、元件固有频率分析法等方法,查找并确认辐射源。
2. 滤波:采用电容滤波、RC滤波和LC滤波等滤波方法,以减少电磁干扰。
3. 吸收电磁波:使用电路串联磁珠法、绕穿磁环法和贴吸波材料法等方法,吸收电磁波。
需要注意的是,辐射超标电磁波频率必须在所使用的吸波材料所吸收电磁波频率范围之内,否则吸波法会失效。
4. 接地:采用单点接地法和多点接地法,将设备接地,以减少电磁干扰。
5. 屏蔽:采用加屏蔽罩屏蔽法、外壳屏蔽法和PCB走线布局屏蔽法等方法,对设备进行屏蔽,以减少电磁干扰。
在进行整改时,还需要注意以下几点:
1. 针对传导测试的干扰,需要分别对共模干扰和差模干扰进行整改。
对于共模干扰,可以调整X电容容值和共模电感的感量;对于差模干扰,可以调整共模电感的感量、线地之间的滤波电路和Y电容容量。
2. 对于辐射测试的整改,需要根据具体的产品和测试要求
进行整改。
例如,针对带电源产品30MHz附近测试不过的情况,需要加大电源的共模电感感量;针对带网口的产品125MHz测试不过的情况,需要更换屏蔽网线或者在网线上面加磁环等。
3. 在选择浪涌保护元器件时,需要根据具体的应用场景和要求进行选择。
例如,气体放电管和压敏电阻都是常见的浪涌保护元器件,但具体选择哪种元器件需要根据实际情况进行判断。
以上是逆变器EMC传导辐射测试整改的一些技巧和注意事项,希望能对您有所帮助。
传导干扰的解决方法
传导干扰的解决方法
开关电源的传导干扰通过输人电源线向外传播,既有差模干扰,又有共模干扰。
传导干扰的测试频率范围为0.15~30kHz,FCC class A中对于RF装置规定的限值要求见下表
在0.15~0.5MHz的频率范围内,干扰主要以差模的形式存在,在0.5~5MHz的频率范围内,干扰的形式是差模和共模共存,在5~30MHz的频率范围内,干扰的形式主要以共模为主。
下图是一款电子镇流器的实际解决方案:
图1A为初始测试时发现在0.45~1.6M频率范围内超限,输入接口部分的电路如图1B,从电路中看出差模和共模电感,X电容各一个,差模和共模抑制器件都存在但仍然超限,从发生超限的频段判断是差共模共存的频率范围内(0.5~5MHz),但更靠近差模干扰存在的频段部分(0.15~0.5MHz),所以先假设差模抑制不够,所以再加入一个X电容C2。
则有图2A 的测试结果和图2B的电路。
图1A 初始测试结果
C1L1
L2 L
N 输出
输入
图1B 初始测试时的电路图
图2A 改善后的测试结果
C1
L1
L2
L N
输出
输入
C2
图2B 改善后的电路图
由上图可看出,加入C2后结果明显变好,再加入一个X 电容后高频部分的波形没有任何变化,由于X 电容只能抑制差模信号,所以可知高频部分的干扰不是差模信号造成,而低频部分的干扰中存在着差模信号干扰。
共模干扰与差模干扰的成因与应对
共模干扰与差模干扰的成因与应对共模干扰:一般指在两根信号线上产生的幅度相等,相位相同的噪声。
差模干扰:则是幅度想等,相位相反的的噪声。
常用的差分线对共模干扰的抗干扰能力就非常强。
干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。
其中:按噪声产生的原因不同,分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等;按噪声的波形、性质不同,分为持续噪声、偶发噪声等;按噪声干扰模式不同,分为共模干扰和差模干扰。
共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。
共模干扰是信号对地的电位差,主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向)电压迭加所形成。
共模电压有时较大,特别是采用隔离性能差的配电器供电室,变送器输出信号的共模电压普遍较高,有的可高达130V以上。
共模电压通过不对称电路可转换成差模电压,直接影响测控信号,造成元器件损坏(这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因),这种共模干扰可为直流、亦可为交流。
差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压,主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压,这种让直接叠加在信号上,直接影响测量与控制精度。
差模干扰在两根信号线之间传输,属于对称性干扰。
消除差模干扰的方法是在电路中增加一个偏值电阻,并采用双绞线;共模干扰是在信号线与地之间传输,属于非对称性干扰。
消除共模干扰的方法包括:(1)采用屏蔽双绞线并有效接地(2)强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽(3)布线时远离高压线,更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线(4)采用线性稳压电源或高品质的开关电源(纹波干扰小于50mV)在一般情况下,差模信号就是两个信号之差,共模信号是两个信号的算术平均值。
差模干扰和共模干扰及其消除
差模干扰和共模干扰与其消除电压电流的变化通过导线传输时有二种形态,我们将此称做“共模〞和“差模〞。
设备的电源线,等的通信线,与其它设备或外围设备相互交换的通讯线路,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。
但在这两根导线之外通常还有第三导体,这就是“地线〞。
干扰电压和电流分为两种:一种是两根导线分别做为往返线路传输;另一种是两根导线做去路,地线做返回路传输。
前者叫“差模〞,后者叫“共模〞。
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〔mon-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。
任何电源线上传导干扰信号,均可用差模和共模信号来表示。
差模干扰在两导线之间传输,属于对称性干扰;消除差模干扰的方法是在电路中增加一个偏值电阻,并采用双绞线;共模干扰在导线与地〔机壳〕之间传输,属于非对称性干扰。
在一般情况下,差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小;共模干扰幅度大、频率高,还可以通过导线产生辐射,所造成的干扰较大。
消除共模干扰的方法包括:〔1〕采用屏蔽双绞线并有效接地〔2〕强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽〔3〕布线时远离高压线,更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线〔4〕采用线性稳压电源或高品质的开关电源(纹波干扰小于50mV)欲削弱传导干扰,把EMI信号控制在有关EMC标准规定的极限电平以下。
除抑制干扰源以外,最有效的方法就是在开关电源输入和输出电路中加装EMI滤波器。
开关电源的工作频率约为10~100 kHz。
EMC很多标准规定的传导干扰电平的极限值都是从10 kHz算起。
对开关电源产生的高频段EMI信号,只要选择相应的去耦电路或网络结构较为简单的EMI滤波器,就不难满足符合EMC标准的滤波效果。
EMI传导与辐射超标整改方案
E M I传导与辐射超标整改方案集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#传导与辐射超标整改方案开关电源电磁干扰的产生机理及其传播途径功率开关器件的高额开关动作是导致开关电源产生电磁干扰(emi)的主要原因。
开关频率的提高一方面减小了电源的体积和重量,另一方面也导致了更为严重的emi问题。
开关电源工作时,其内部的电压和电流波形都是在非常短的时间内上升和下降的,因此,开关电源本身是一个噪声发生源。
开关电源产生的干扰,按噪声干扰源种类来分,可分为尖峰干扰和谐波干扰两种;若按耦合通路来分,可分为传导干扰和辐射干扰两种。
使电源产生的干扰不至于对电子系统和电网造成危害的根本办法是削弱噪声发生源,或者切断电源噪声和电子系统、电网之间的耦合途径。
现在按噪声干扰源来分别说明:1、二极管的反向恢复时间引起的干扰交流输入电压经功率二极管整流桥变为正弦脉动电压,经电容平滑后变为直流,但电容电流的波形不是正弦波而是脉冲波。
由电流波形可知,电流中含有高次谐波。
大量电流谐波分量流入电网,造成对电网的谐波污染。
另外,由于电流是脉冲波,使电源输入功率因数降低。
高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过,在其受反偏电压而转向截止时,由于pn结中有较多的载流子积累,因而在载流子消失之前的一段时间里,电流会反向流动,致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化(di/dt)。
2、开关管工作时产生的谐波干扰功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流。
例如正激型、推挽型和桥式变换器的输入电流波形在阻性负载时近似为矩形波,其中含有丰富的高次谐波分量。
当采用零电流、零电压开关时,这种谐波干扰将会很小。
另外,功率开关管在截止期间,高频变压器绕组漏感引起的电流突变,也会产生尖峰干扰。
3、交流输入回路产生的干扰无工频变压器的开关电源输入端整流管在反向恢复期间会引起高频衰减振荡产生干扰。
开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量,通过开关电源的输入输出线传播出去而形成的干扰称之为传导干扰;而谐波和寄生振荡的能量,通过输入输出线传播时,都会在空间产生电场和磁场。
利用混成式共模电感抑制传导电磁干扰
利用混成式共模电感抑制传导电磁干扰摘要EMI抑制方案有许多组合,包括滤波器组合、变压器绕线安排,甚至PCB布局。
本文提供一种结合共模电感与差模电感的磁混成,称之为混成式共模电感器。
不仅保留共模电感的高阻抗特性,同时利用其很高漏电感当成差模电感用。
不仅可以缩小体积节省滤波器成本,更提供了工程师快速解决传导型EMI 问题的方法。
混成式共模电感的原理与功能在常规单级EMI 滤波器电路中,如图一,有共模噪声滤波器(LCM、CY1与CY2) 与差模噪声滤波器(LDM、CX1与CX2) 分别形成”LC滤波器”衰减共模与差模噪声。
共模电感通常以高导磁锰锌(Mn-Zn) 铁氧体(Ferrite) 制成,电感值可达1~50mH。
共模电感器,如图二,由于绕线极性安排,虽然两组线圈分别流过负载电流,但铁芯内部磁力线互相抵消,一般不存在铁芯饱和的问题。
常用的铁芯有环型(Toroidal)、UU型(UU-9.8、UU-10.5等)、ET型与UT型,如图三。
为了获得足够的共模电感值,要尽量让两组线圈的耦合达到最好,所以多采用施工成本较高的环型或一体成型的ET与UT 铁芯。
图一、常规EMI滤波器结构图二、共模电感器图三、共模滤波器(a)环型(b)ET型(c)UU型(d)UT型从共模电感的工作原理与等效电路来看,如图四所示,双绕组的共模电感虽然有很好的耦合,但是还是存在漏电感,漏电感就是由漏磁通造成。
这个漏电感在等效上串联在电路上,功能上与差模电感无异。
所以可以说,共模电感器的漏电感可以利用来做为差模滤波器。
然而如图三所示的共模电感器,由于机械结构的关系,其漏电感都很小,约莫在数mH到100mH。
如果要得到更大的漏电感,只有增加匝数一途,如此一来,线径变细,电流耐受降低。
要改善只有增加铁芯尺寸,当然也增加了滤波器的体积与成本。
许多要求极高共模电感的应用,其实不在滤除共模噪声,而是要得到较大的漏电感当差模滤波器用,只是许多工程师不甚清楚罢了。
共模和差模干扰
包含共模电感的滤波电路,La 和 Lb就是共模电感线圈。
这两个线圈绕在同一铁芯上,匝数和相位都相同(绕制反向)。
这样,当电路中的正常电流流经共模电感时,电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消,此时正常信号电流主要受线圈电阻的影响(和少量因漏感造成的阻尼);当有共模电流流经线圈时,由于共模电流的同向性,会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗,使线圈表现为高阻抗,产生较强的阻尼效果,以此衰减共模电流,达到滤波的目的。
事实上,将这个滤波电路一端接干扰源,另一端接被干扰设备,则 La 和 C1 ,Lb 和 C2 就构成两组低通滤波器,可以使线路上的共模 EMI 信号被控制在很低的电平上。
该电路既可以抑制外部的 EMI信号传入,又可以衰减线路自身工作时产生的 EMI 信号,能有效地降低EMI 干扰强度。
小知识:漏感和差模电感对理想的电感模型而言,当线圈绕完后,所有磁通都集中在线圈的中心内。
但通常情况下环形线圈不会绕满一周,或绕制不紧密,这样会引起磁通的泄漏。
共模电感有两个绕组,其间有相当大的间隙,这样就会产生磁通泄漏,并形成差模电感。
因此,共模电感一般也具有一定的差模干扰衰减能力。
在滤波器的设计中,我们也可以利用漏感。
如在普通的滤波器中,仅安装一个共模电感,利用共模电感的漏感产生适量的差模电感,起到对差模电流的抑制作用。
有时,还要人为增加共模扼流圈的漏电感,提高差模电感量,以达到更好的滤波效果。
摘要:开关电源由于本身工作特性使得电磁干扰问题相当突出。
从开关电源电磁干扰的模型入手论述了开关电源电磁兼容问题产生的原因及种类,并给出了常用的抑制开关电源电磁干扰的措施、滤波器设计及参数选择。
< BR>关键词:开关电源;电磁干扰;分析与抑制0 引言近年来,开关电源以其效率高、体积小、输出稳定性好的优点而迅速发展起来。
但是,由于开关电源工作过程中的高频率、高 di/dt 和高 dv/dt 使得电磁干扰问题非常突出。
如何解决传导干扰
传导干扰电磁干扰E MI中电子设备产生的干扰信号是通过导线或公共电源线进行传输,互相产生干扰称为传导干扰。
传导干扰给不少电子工程师带来困惑,如何解决传导干扰?找对方法,你会发现,传导干扰其实很容易解决,只要增加电源输入电路中EM C 滤波器的节数,并适当调整每节滤波器的参数,基本上都能满足要求,下面讲解的八大对策,以解决对付传导干扰难题。
一:尽量减少每个回路的有效面积▲ 图 1 回路电流产生的传导干扰传导干扰分差模干扰 DI 和共模干扰 CI 两种。
先来看看传导干扰是怎么产生的。
如图 1 所示,回路电流产生传导干扰。
这里面有好几个回路电流,我们可以把每个回路都看成是一个感应线圈,或变压器线圈的初、次级,当某个回路中有电流流过时,另外一个回路中就会产生感应电动势,从而产生干扰。
减少干扰的最有效方法就是尽量减少每个回路的有效面积。
二:屏蔽、减小各电流回路面积及带电导体的面积和长度▲ 图 2 屏蔽、减小各电流回路面积及带电导体的面积和长度如图 2 所示,e1、e2、e3、e4 为磁场对回路感应产生的差模干扰信号;e5、e6、e7、e8 为磁场对地回路感应产生的共模干扰信号。
共模信号的一端是整个线路板,另一端是大地。
线路板中的公共端不能算为接地,不要把公共端与外壳相接,除非机壳接大地,否则,公共端与外壳相接,会增大辐射天线的有效面积,共模辐射干扰更严重。
降低辐射干扰的方法,一个是屏蔽,另一个是减小各个电流回路的面积(磁场干扰),和带电导体的面积及长度(电场干扰)。
三:对变压器进行磁屏蔽、尽量减少每个电流回路的有效面积▲ 图 3 变压器漏磁对回路产生的电磁感应如图 3 所示,在所有电磁感应干扰之中,变压器漏感产生的干扰是最严重的。
如果把变压器的漏感看成是变压器感应线圈的初级,则其它回路都可以看成是变压器的次级,因此,在变压器周围的回路中,都会被感应产生干扰信号。
减少干扰的方法,一方面是对变压器进行磁屏蔽,另一方面是尽量减少每个电流回路的有效面积。
什么是共模干扰和差模干扰?教你如何抑制这两种干扰
什么是共模⼲扰和差模⼲扰?教你如何抑制这两种⼲扰前⾔如果你对EMC有⼀定的了解,你⼀定听过EMC测试主要测两⼤类⼲扰,⼀是传导,⼆是发射。
传导噪声⼜可以分为两⼤类,⼀种是差模噪声,另⼀种是共模噪声。
共模⼲扰与差模⼲扰什么是差模噪声和共模噪声在下图中,表⽰⼀个线路板装在⾦属外壳中,我们具体来具体分析⼀下。
在差分模式噪声中,噪声源出现在电源线两端并与电源构成串联的关系,在图中我们明显可以发现共模噪声电流的⽅向与电源电流的⽅向相同。
那么我们为什么叫它差模电流呢?之所以称为“差模”,是因为输出电流和返回电流的⽅向相反。
差模噪声与共模噪声那么什么是共模噪声呢?共模噪声其实就是通过杂散电容等泄漏的噪声电流通过地返回到电源线的噪声。
之所以称之为“共模”噪声,是因为电源的正(+)侧和负(-)侧上的噪声电流⽅向相同,这样电源线的正负噪声压差为0。
如上所述,⽆论是共模噪声,还是差模噪声,这些类型的噪声是属于传导辐射。
但是,由于噪声电流在电源线中流动,因此仍然会辐射出噪声。
共模噪声和差模噪声的差异由差模噪声引起的辐射电场强度Ed可以使⽤下图中的左边的公式表⽰,Id是差分模式下的噪声电流,r是到观察点的距离,f是噪声频率。
差模噪声会产⽣噪声电流环路,因此环路⾯积S成为影响差模噪声强度的重要因素。
由公式可知,如果其他元素不变,较⼤的环路⾯积,电场强度会更⾼。
由共模噪声引起的辐射的电场强度Ec可以由下图中右边的公式表⽰。
电缆长度L是⼀个重要的影响因素。
计算实例下图中是⼀个计算实例,当然,由于实际应⽤中的线缆⼀般⽐较复杂,⼀般只能定性分析,通过这个例⼦我们可以得出重要的结论,对于相同的噪声电流值,共模噪声引起的辐射⼲扰强度要⼤得多在这个⽰例中,共模噪声⼲扰强度⼤约是差模噪声强度的100倍。
所以在考虑解决辐射的措施时,应记住,应对共模噪声的措施尤为重要。
当然这不是说差模⼲扰就不⽤管了,只是要有侧重点。
计算实例总结总结⼀下,为了减⼩差分模式噪声,我们采取的最基本措施是通过使⽤双绞线电缆来减⼩环路⾯积S,对于共模噪声,尽可能缩短电缆长度。
差模信号和共模信号和滤波器在电子技术中的应用
差模信号和共模信号和滤波器在电子技术中的应用1概述随着微电子技术的发展和应用,电磁兼容已成为研究微电子装置安全、稳定运行的重要课题。
抑制电磁干扰采用的技术主要包括滤波技术、布局与布线技术、屏蔽技术、接地技术、密封技术等。
而干扰源的传播途径分为传导干扰和辐射干扰。
传导噪声的频率范围很宽,从10kHz~30MHz,仅从产生干扰的原因出发,通过控制脉冲的上升与下降时间来解决干扰问题未必是一个好方法。
为此了解共模和差模信号之间的差别,对正确理解脉冲磁路和工作模块之间的关系是至关重要的。
在抑制电磁干扰的各项技术中,采用滤波技术对局域网(LAN)、通信接口电路、电源电路中减少共模干扰起着关键作用。
所以掌握滤波器的工作原理和其实用电路的结构及其正确的应用,是微电子装置系统设计中的一个重要环节。
2差模信号和共模信号差模信号又称为常模、串模、线间感应和对称信号等,在两线电缆传输回路,每一线对地电压用符号V1和V2来表示。
差模信号分量是VDIFF。
纯差模信号是:V1=-V2;其大小相等,相位差180°;VDIFF=V1-V2,因为V1和V2对地是对称的,所以地线上没有电流流过,差模信号的电路如图1所示。
所有的差模电流(IDIFF)全流过负载。
差模干扰侵入往返两条信号线,方向与信号电流方向一致,其一种是由信号源产生,另一种是传输过程中由电磁感应产生,它和信号串在一起且同相位,这种干扰一般比较难以抑制。
共模信号又称为对地感应信号或不对称信号,共模信号分量是VCOM,纯共模信号是:VCOM=V1=V2;大小相等,相位差为0°;V3=0。
共模信号的电路如图2所示。
干扰信号侵入线路和接地之间,干扰电流在两条线上各流过二分之一,以地为公共回路;原则上讲,这种干扰是比较容易消除的。
在实际电路中由于线路阻抗不平衡,使共模信号干扰会转化为不易消除的串扰干扰。
传导骚扰超标的几种常用整改方法
传导骚扰超标的几种常用整改方法郭远东【摘要】本文针对EMC测试中常见的传导发射测试,结合几个实际的产品整改案例,归纳思路,总结传导测试不合格的整改方法,试图找出深层、较为共性的原因,为企业在进行产品设计和通过测试时提供参考.【期刊名称】《环境技术》【年(卷),期】2011(034)003【总页数】4页(P36-39)【关键词】电磁兼容;传导发射;开关电源;滤波;骚扰路径【作者】郭远东【作者单位】赛宝质量安全检测中心【正文语种】中文传导测试在电磁兼容测试中很常见,在实际工作中,发现很多厂家对于传导测试超标感到一筹莫展。
本文试图从探讨传导测试超标的原因讲起(主要针对电源端口),并列举一些常见的整改传导超标的实用方法,给广大厂家在整改传导时提供一些参考。
传导发射,是一种沿电源、控制线或信号线传输的电磁发射,本文重点讨论沿电源线传输的电磁发射,对于沿信号线或控制线传输的电磁干扰,可以采用近似的思路进行分析。
传导测试超标的原因有很多,样机内部的结构设计、接地设计,以及一些关键元器件的选择,都会直接影响传导测试结果。
结合三要素法,首先要找到样机内能够使样机传导测试失效的源头,然后针对不同的干扰源,采取分析源特性——判断干扰传输路线——采取相应措施的方法,是一定能解决问题的。
图1很清晰地标示了多数情况下,样机内部所有可能的干扰源,以及干扰是如何传播和传输的。
在很多情况下,被测样机使用的是开关电源,而开关电源中的开关电路主要由开关管和高频变压器组成,它产生的尖峰电压为有较大辐度的窄脉冲,频带较宽且谐波丰富。
对于样机内部使用的数字电路,其产生的干扰源频率通常较高,如果样机内部结构设计不合理,或者没有采取有效的抑制手段,干扰可以通过近场辐射或者耦合的方式,传输到电源线上,然后再传输到LISN,被接收机捕获。
对于样机内部更高频率的干扰,其主要传播方式为自由空间中的平面波,这时需要进行辐射骚扰场强测试才能判断样机的EMC性能。
EMI整改不同频段干扰原因及抑制办法
EMI整改不同频段干扰原因及抑制办法
开关电源EMI整改中,关于不同频段干扰原因及抑制办法:
1MHZ以内----以差模干扰为主
1.增大X电容量;
2.添加差模电感;
3.小功率电源可采用PI型滤波器处理(建议靠近变压器的电解电容可选用较大些)。
1MHZ---5MHZ---差模共模混合
采用输入端并联一系列X电容来滤除差摸干扰并分析出是哪种干扰超标并以解决,
1.对于差模干扰超标可调整X电容量,添加差模电感器,调差模电感量;
2.对于共模干扰超标可添加共模电感,选用合理的电感量来抑制;
3.也可改变整流二极管特性来处理一对快速二极管如FR107一对普通整流二极管1N4 007。
5M---以上以共摸干扰为主,采用抑制共摸的方法。
对于外壳接地的,在地线上用一个磁环串绕2-3圈会对10MHZ以上干扰有较大的衰减作用;
可选择紧贴变压器的铁芯粘铜箔, 铜箔闭环.
处理后端输出整流管的吸收电路和初级大电路并联电容的大小。
对于20--30MHZ,
1.对于一类产品可以采用调整对地Y2电容量或改变Y2电容位置;
2.调整一二次侧间的Y1电容位置及参数值;
3.在变压器外面包铜箔;变压器最里层加屏蔽层;调整变压器的各绕组的排布。
4.改变PCB LAYOUT;
5.输出线前面接一个双线并绕的小共模电感;
6.在输出整流管两端并联RC滤波器且调整合理的参数;
7.在变压器与MOSFET之间加BEAD CORE;
8.在变压器的输入电压脚加一个小电容。
9. 可以用增大MOS驱动电阻.。
串模干扰和共模干扰的来源及克服串模干扰和共模干扰的措施
串模干扰和共模干扰的来源及克服串模干
扰和共模干扰的措施
在现场要克服和消退串模干扰及共模干扰,首先要搞清晰干扰的来源,才有可能实行措施来克服干扰。
串模干扰的来源:大功率变压器、沟通电动机、变频器等都有较强的交变磁场,假如仪表测量及掌握的连接导线通过交变磁场,就会受到这些交变磁场的作用,在仪表的输入回路中感应出沟通电压,而成为干扰信号。
在现场为了克服串模干扰对仪表、掌握系统的影响,可实行以下措施,如热电偶、分析仪表的信号线要运离强电磁场,不要离动力线太近;不要把仪表信号线、掌握信号线与动力线平行放在同一个桥架托盘内,或穿在同一根穿线管内必要时信号线应使用屏蔽电线或屏蔽电缆,线的屏蔽层要实行一端接地的方式;在仪表输入端加滤波电路;对于智能仪表要依据现场状况设置数字滤波常数必要时再增加滤波电路的级数。
共模干扰的来源:高压电场的干扰;测量电炉温度时引入的干扰,如在高温下,电加炉的电源通过耐火砖、热电偶的瓷爱护套管泄漏到热电偶上,使热电偶与地之间产生干扰电压;由于地电位不同而引入的干扰;还有氨合成塔用电加热器升温时也会对热电偶造成干扰。
其干扰源大多是沟通电压也有可能是直流电压。
在现场为了克服共模干扰对仪表、掌握系统的影响,所以可实行以下
措施,把测量热电偶浮空;仪表放大器也实行浮空;假如测量对象允许则不要用露端式热电偶以避开热电极接地;热电偶爱护套管要牢靠接地;使用屏蔽线时采纳等电位屏蔽方式;在信号线上加装旁路电容器。
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利用共模差模分离技术对传导干扰进行高效整改
深圳市知用电子有限公司
摘要:本文首先介绍了开关电源传导干扰的共模差模分解理论,同时研究了滤波器各元件在降低共模差模干扰时的作用。
在此基础上举例说明,对一个60W 的反激电源进行进一步的传导整改,使之余量达到20DB 。
关键词:传导干扰 共模 差模 分离 整改
如何快速高效而且低成本地整改开在此基础上关电源的传导干扰,是摆在工程师面前的一个棘手问题。
用常规的方法进行滤波器元器件的更换不但费时而且还不一定能达到最佳的效果,更增加了无谓的成本。
按照传导电磁干扰传播的特性,可将其分为解为共模(Common Mode ,CM )干
扰和差模(Differential Mode ,DM )干扰。
共模(CM )干扰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(DM )干扰定义为任何两个载流导体之间的不希望有的电位差。
参考图1。
图1 反激开关电源的共模干扰和差模干扰的信号分析
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滤波器的元件对差模共模信号的抑制机理是不同的。
那么我们完全可以根据分离出来的共模或差模信号的大小,调整相应的元件以达到整改的目的。
可以大大减少产品的研发周期以及费用,赢得市场先机。
为此,深圳市知用电子有限公司(CYBERTEK )推出了利用共模差模分离技术进行高效传导整改的解决方案。
该方案包含数字化接收机EM5080A ,业内首创的共模差模分离功能的人工电源网络EM5040B ,滤波器整改工装EM50401以及隔离变压器EM5060。
见图2、图3。
图2 CYBERTEK 高效传导整改的解决方案
图3 EM50401产品图片
(该产品具有专用的接线柱,让客户不但可以使用EM50401自带的标准整改模块,而且可以很方便地直接在接线柱上接上元件进行整改。
)
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EM50401模块组件
模块名 规格 数量 Y 电容
2200pF 3 4700pF 3 X 电容
0.1uF 3 0.22uF 3 0.47uF 3 1uF 3 2uF 3 共模电感
1.2mH 2 8mH 2 30mH 2 差模电感
30uH 2 70uH 2 100uH
2
举例说明:60W 反激开关电源传导整改的研究
测试所用仪器
仪器名称
仪器品牌
仪器型号
接收机 CYBERTEK EM5080A
人工电源网络 CYBERTEK EM5040B 隔离变压器 CYBERTEK EM5060 测试工装 CYBERTEK EM50401
图4 60W 电源的滤波器电路
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图5将原版的EMI 器件移到EM50401后的传导曲线
图6将原版的EMI 器件移到EM50401后的共模曲线
图7将原版的EMI 器件移到EM50401后的差模曲线
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一、X 电容
由上面的共模差模曲线可以发现这个电源的共模干扰是主要的,差模干扰已经很小了。
下面我们可以尝试以下操作:
1、在原有滤波器电路的基础上改大CX2为 0.47U ,看有没有改善(见图8、图9、图10):
图8 改大CX2为 0.47U 传导曲线,无改善
图9改大CX2为 0.47U 共模曲线,无改善
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图10 改大CX2为 0.47U 差模曲线,无改善
2、在原有滤波器电路的基础上改小CX1电容为0.1U (见图11、图12、图13)
:
图11 改小CX1为 0.1U 传导曲线,低频段变差
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图12改小CX1为 0.1U 共模曲线,无改善
图13改小CX1为 0.1U 差模曲线,低频段变差
结论:X 电容只对差模干扰有效果。
在共模干扰为主的情况下,再加大X 电容对
共模干扰的减少是没有任何用处,白白增加成本。
二、共模电感。
在原有滤波器电路的基础上改小共模电感L1到1.2MH (见图14、图15、图16):
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图14改小共模电感L1到1.2MH 传导曲线,变差
图15改小共模电感L1到1.2MH 差模曲线,低频段明显变差
图16 改小共模电感L1到1.2MH 共模曲线,变差
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结论:共模电感和Y 电容构成低通滤波器(图28)主要作用是吸收共模干扰。
同时共模电感有一定的漏感正好可以当差模电感用,和X 电容构成低通滤波器。
这样可以避免单独使用差模电感,降低成本。
三、Y 电容
在原有滤波器电路的基础上去掉CY1电容(见图17、图18、图19)
图17去掉CY1电容传导曲线,变差
图18去掉CY1电容共模曲线,变差
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图19去掉CY1电容差模曲线,不变
结论:Y 电容的作用是(和共模电感构成低通滤波器,见图28)吸收共模干扰。
但Y 电容不能太大,因为会引起很大的漏电导致安规有问题。
医疗电源对漏电有严格的要求,一般不使用或用很小的Y 电容。
这对传导干扰的整改带来极大的挑战。
四、全面整改后的余量达到20DB
为了进一步降低该电源的传导干扰,我们把滤波器增加一级变成2级滤波器。
1、对共模的抑制通常加入共模电感和Y 电容,试着在EMI 电路DUT 端中加入30mH 共模电感,虽然低频段比较理想,但高频段不但没有降低反而上升。
其共模扫描曲线下图所示:
图20
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图21共模曲线
2、把30mH 共模电感减少到1.2mH 共模电感,其共模扫描曲线下图所示:
图22
图23 共模曲线
结论:共模电感越大对降低低频段的传导干扰有好处,但太大的共模电感对抑
制高频率段效果不好,原因是线圈匝数多了分布电容太大。
同时基于成本考虑也不能加太大的共模电感。
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3、在1.2mH 共模电感(靠近DUT 端)加入Y 电容,其共模扫描曲线下图所示,高频段效果不好:
图24 滤波器电路
图25共模曲线
4、调整一下Y 电容位置,即Y 电容都在共模电感靠近AC IN 侧,形成LC 低通滤波器,其共模整体曲线比较理想如下图所示:
图26 滤波器电路
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图27共模曲线
结论:共模电感和Y 电容的使用要沿着干扰信号的流向构成一个LC 低通滤波
器的拓扑。
同理,差模电感和X 电容也如此。
图28滤波器的工作方向
5、如果把两个共模电感位置对调,其结果会导致低频段上升很严重,所以在整
改时,小容量的共模电感应靠近DUT 端。
图29
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图30共模曲线
结论:小容量的共模电感应靠近DUT 端,优先对付高频段干扰。
6、整改前后传导测试曲线对比 (1) 整改前:
图31整改前滤波器
图32整改前传导测试曲线
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(2) 整改后的传导干扰很小,平均有20DB 余量
图33整改后滤波器
图34整改后传导测试曲线
附:不同频段的电磁兼容整改经验
频率
现象
解决方法 9K-1M 以差模为主 X 电容、差模电感
1M-5M
差模共模混合
X 电容、差模电感、Y 电
容、共模电感
5M-30M
共模
Y 电容、共模电感
30-50M MOS 管的高速开关引起的 50M-200M 二极管的反向恢复电流引起的
200M-1000M
开关电源的辐射较小
分析高速数字电路、时
钟、RAM/CPU
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