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  • 干扰是什么
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    2022-01-04 13:26:37

    什么是差模干扰和共模干扰?

    设备的电源线、与其它设备或外围设备交换信号的通讯线路,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作为往返线路传输;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”。

    干扰信号在仪表内、外部都有可能存在。如在仪表外部,大功率用电设备、大功率变压器、电力网都可能成为干扰源。而在仪表内部,电源变压器、线圈、继电器、开关以及电源线等都可能成为干扰源。

    干扰源常通过以下途径进入仪表。

    1、信号源与仪表之间的连接导线、仪表内部的配线通过磁耦合在电路中形成干扰。在大功率变压器、交流电机、电力线和周围空间都存在有很强的交流磁场,而闭合回路处在这种变化的磁场中将感应出电势。这种感应电势与有用信号相串联,当传感器与显示仪表距离较远时,这种差模干扰尤为突出。

    2、干扰源通过电容的耦合在回路中形成干扰,它是两个电场相互作用的结果。通过静电耦合的方式,能在两输入端感应出对地的共同电压,以共模干扰的形式出现,由于共模干扰不和信号相叠加,它不直接对仪表产生影响。但它能通过测量系统形成到地的泄漏电流,该泄漏电流通过电阻的耦合就能直接作用于仪表而产生干扰。电磁感应、静电感应所形成的干扰大多是工频干扰电压,但变频器、带整流子的电机等会产生谐波干扰。由于雷电的作用在电力线上也会感应出干扰电压。

    3、在一些测温场合,当将热电偶电极直接焊于通电加热的金属件上,由于金属件在平行于电流方向的各点存在电位差,这时引入的干扰电压也是很大的。在高温状态下,耐火

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    一, 什么是共模与差模

    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,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"。
    在这里插入图片描述

      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";而黄信号是在信号与地线之间传输的,我们称之为"共模"。

    任何两根电源线或通信线上所存在的干扰,均可用共模干扰和差模干扰来表示:
    **1,共模干扰

      共模干扰在导线与地(机壳)之间传输,属于非对称性干扰,它定义为任何载流导体与参考地之间的不希望有的电位差;**

    在这里插入图片描述
      共模干扰的电流大小不一定相等,但是方向(相位)相同的。电气设备对外的干扰多以共模干扰为主,外来的干扰也多以共模干扰为主,共模干扰本身一般不会对设备产生危害,但是如果共模干扰转变为差模干扰,干扰就严重了,因为有用信号都是差模信号。
    2,差模干扰
      差模干扰在两导线之间传输,属于对称性干扰,它定义为任何两个载流导体之间的不希望有的电位差。

      在一般情况下,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。差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小。
    在这里插入图片描述
      差模干扰的电流大小相等,方向(相位)相反。由于走线的分布电容、电感、信号走线阻抗不连续,以及信号回流路径流过了意料之外的通路等,差模电流会转换成共模电流。

    二, 共模干扰产生原因

    1、电网串入共模干扰电压。

    2、辐射干扰(如雷电,设备电弧,附近电台,大功率辐射源)在信号线上感应出共模干扰,原因是交变的磁场产生交变 的电流,地线-零线回路面积与地线-火线回路面积不相同,两个回路阻抗不同等原因造成电流大小不同。

    3、接地电压不一样,简单的说就电位差而造就了共模干扰。

    4、设备内部的线路对电源线造成的共模干扰。

    三, 共模干扰电流

    共模干扰一般是以共模干扰电流存在的形式出现的,一般情况下共模干扰电流产生的原因有三个方面:

    1、外界电磁场在电路走线中的所有导线上感应出来电压(这个电压相对于大地是等幅和同相的),由这个电压产生的电流;

    2、由于电路走线两端的器件所接的地电位不同,在这个地电位差的驱动下产生的电流;

    3、器件上的电路走线与大地之间有电位差,这样电路走线上会产生共模干扰电流。

    器件如果在其电路走线上产生共模干扰电流,则电路走线会产生强烈的电磁辐射,对电子、电气产品元器件产生电磁干扰,影响产品的性能指标;另外,当电路不平衡时,共模干扰电流会转变为差模干扰电流,差模干扰电流对电路直接产生干扰影响。

    对于电子、电气产品电路中的信号线及其回路而言:差模干扰电流流过电路中的导线环路时,将引起差模干扰辐射,这种环路相当于小环天线,能向空间辐射磁场,或接收磁场。

    四, 如何识别共模干扰

    1,从干扰源判断:
    雷电、附近发生的电弧、附近的电台或其它大功率辐射装置在电缆上产生的干扰为共模干扰。

    2,从频率上判断:

    共模干扰主要集中在1MHz以上。 这是由于共模干扰是通过空间感应到电缆上的,这种感应只有在较高频率时才容易发生。但有一种例外,当电缆从很强的磁场辐射源(例如,开关电源)旁边通过时,也会感应到频率较低的共模干扰。
    3, 仪器测量:

    只要有一台频谱分析仪和一只电流卡钳就可以进行测量、判断了,判断的步骤如下:
    a. 将电流卡钳分别卡在信号线或地线(火线或零线)上,记录下某个感应频率(f1)的干扰强度;
    b.将电流卡钳同时卡住信号线和地线,若能观察到(f1)处的干扰,则(f1)干扰中包含共模干扰成份,要判断是否仅含共模 干扰成份,进行步骤c的判别;
    c.将卡钳分别卡住信号线和地线,若两根线上测得的(f1)干扰的幅度相同,则(f1)干扰中仅含共模干扰成份;若不相同,则(f1)干扰中还包含差模干扰成份。

    **五, 如何抑制共模干扰

    共模干扰作为EMC干扰中最为常见且危害较大的干扰,我们抑制它最直接的方法就是滤波,这是抑制和防止共模干扰的一项重要措施。**
    滤波器的功能就是允许某一特定频率的信号顺利通过,而其它频率的信号则要受到较大的抑制,它实质上是一个选频电路,它切断了电磁干扰沿信号线或电源线传播的路径,另外它还是压缩干扰频谱的一种有效方法,当干扰频谱不同于有用信号的频带时,可以用滤波器将无用的干扰信号滤除。
    因此,恰当地选择和正确地使用滤波器对抑制共模干扰是十分重要的。
    如果有用信号是差模信号而干扰信号是共模信号,可使用共模电感来抑制干扰信号:
    在这里插入图片描述

    六, 共模电感的原理和抑制干扰

    在电路中串入共模电感,当有共模干扰电流流经线圈时,由于共模干扰电流的同向性,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,以此衰减共模干扰电流,达到滤波的目的。

    当电路中的正常差模电流流经共模电感时,电流在同相绕制的共模电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消,因而对正常的差模电流基本没有衰减作用。
    1、USB 信号上的共模干扰抑制方法
    在这里插入图片描述
    USB 传输线上的信号是差分信号而干扰源是共模干扰信号,在传输线上串上共模电感能较好的抑制共模干扰,而对有用的差分信号没有任何衰减。
    电路中加入滤波器-共模电感后共模干扰信号得到有效抑制
    2、共模电容抑制干扰信号方法
    如果共模干扰源是在电源回路,可使用共模电容来抑制干扰信号。
    在这里插入图片描述
    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 。
    3、差模电容抑制干扰方法
    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。
    在这里插入图片描述
    在电路中引入差模电容,则差模电容提供最短的路径使差模干扰信号被旁路,从而抑制差模干扰的产生 。

    关于滤波器的数值选取:
    在这里插入图片描述
      Le为共模扼流圈,由于LC的两个线圈绕向一致,当电源输人电流流过LC时,所产生的磁场可以互相抵消,不会引起磁芯的饱和,因此,它使用导磁率高的磁芯。Le对共模噪声来说,相当于一个很大电感量的电感,故它能有效地抑制共模传导噪声。负载输入端分别对地并接的电容Cy对共模噪声起旁路作用。共模扼流圈两端并联的电容CX对差模噪声起抑制作用。R为CX的放电电阻,它是VDE-0806和IEC-380安全技术条件标准所推荐的。图中各元件的参数范围:Cx=0.12pF;Cy=2233nF;Le=几~几十mH,随工作电流不同而取不同的参数值。如电流为25A时,Le=1,8mH;电流为0.3A;Le=47mH。扼流圈一般用高磁导率棒状磁芯材料,对于消除高频干扰效果很好,但对于大工作电流之情况,扼流圈的体积比较庞大,用以避免磁饱和。

    七, 写在最后

    共模干扰作为EMC干扰中最为常见且危害很大的干扰,抑制它的方法除了滤波外,还可以通过对信号线路进行屏蔽,在PCB 板上大面积铺地降低地线阻抗来减少共模信号强度等方法。

    展开全文
  • 本文主要简单介绍了共模干扰和差模干扰
  • 什么是差模干扰、共摸干扰

    千次阅读 2021-07-23 09:24:23
    任何两根电源线或通信线上所存在的干扰,均可用共模干扰和差模干扰来表示:共模干扰在导线与地(机壳)之间传输,属于非对称性干扰,它定义为任何载流导体与参考地之间的不希望有的电位差;差模干扰在两导线之间传输...

    本篇文章是收集了网上的很多资料,觉得还不错做了总结以及自己的一些理解,如果原作者针对本文有疑问,需要删除的,可以联系我。

    一、差模、共摸干扰的概念

    任何两根电源线或通信线上所存在的干扰,均可用共模干扰和差模干扰来表示:共模干扰在导线与地(机壳)之间传输,属于非对称性干扰,它定义为任何载流导体与参考地之间的不希望有的电位差;差模干扰在两导线之间传输,属于对称性干扰,它定义为任何两个载流导体之间的不希望有的电位差。在一般情况下,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。差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小。

    1、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。

    2、共摸干扰(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;
    在这里插入图片描述
    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";而黄信号是在信号与地线之间传输的,我们称之为"共模"。

    二、存在的方式

    1、存在于电源线路中

    如下图所示的,当市电中L进,N出构成大小相同、方向相反的线路,就会产生差模干扰;而当L、N相对于大地,产生方向相同,大小不一的线路时,就会产生共摸干扰。
    在这里插入图片描述
    2、存在于通信线路中

    (1)、以RS485电路为例,由于485通信是以差分电压形式传输,因此是一种方向相同,大小不一的信号,主要是产生共摸干扰。
    在这里插入图片描述
    (2)、以RS232电路为例,232通信是采用全双工方式,通信线路上一条信号线,一条信号返回线,符合产生差模干扰的条件;由于这种通信方式,导致抗干扰能力差,外部出现共摸干扰时,很容易影响到传输信号,所以在接口保护上,既要做到差模干扰防护,又要做到共摸干扰防护;但是共摸干扰是主要影响源,即做到共摸防护,也就做到了差模防护。
    在这里插入图片描述

    三、如何消除电源线路中差模、共摸干扰?

    做差模、共摸干扰防护,一方面可防止外部信号对电路本身的影响,另一面是防止电路本身对外部线路的影响;在某些电路中,主要以共摸干扰防护为主,因为大部分外部干扰为共摸干扰,做好了共摸防护,也就做好了差模防护。

    1、针对电源中的差模干扰消除方式
    在这里插入图片描述
    当干扰信号频率越高时,Zc越小,效果越明显,而低频时电路不受任何影响。(电容C的容量大致是0.01-0.47uF)

    2、针对电源中的共摸干扰消除方式
    在这里插入图片描述
    (1)、共摸电感的作用:
    在这里插入图片描述
    当电路中的正常电流通过时,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);当共模电流流过线圈时,由于共模电流的同向性,会在线圈类产生同向的磁场而增大线圈的阻抗,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。

    (2)、共摸电容的作用:
    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性,使高频干扰电路短路,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。

    消除共模干扰的方法包括:
    1.采用双绞线并有效接地。
    2.强电场的地方还需要采用度锌管屏蔽。
    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.不要和电控所共用同一个电源。
    5.采用线形稳压电源或高品质的开关电源(纹波干扰小于50mV)
    6.采用差分式电路

    (3)、漏感电流的计算:
    在这里插入图片描述
    其中两条红线是火线和零线N的共模干扰电流回路,称为漏感电流回路。
    L相对于N为220V,外壳如果不接地,存在110V的电压
    对地漏电流计算:
    Icd=2pifCUc
    其中Icd为漏电流;f为电网频率;
    Icd=ICYL+ICYN
    =5011023.1415926(2200p)*2
    =0.15mA
    漏电流与C成正比,这样安全性高(但是C取的太小,漏电流太小又起不到消除干扰的目的),一般为几百微安到几毫安。
    接地线的电阻越高,使用者面临的风险越大,如果一个人触碰了破损接地线的设备,漏电流将流经人体到达大地。

    (4)、放电电阻的选择:
    在这里插入图片描述
    上图R为放电电阻,可将C1上积累的电荷放掉,避免因电荷积累而影响滤波特性,断电后还能使电源的进电端不带电,保证使用的安全性;电阻大小可根据输入电压的范围,从而计算回路电流大小进而选择电阻的阻值和功率。

    四、如何消除通信线路中差模、共摸干扰?

    1、针对通信线路中的共摸干扰消除方式

    (1)、RS485接口电路
    在这里插入图片描述
    原理同电源的共摸干扰消除方式,这里只简单讲解一下各个元器件的作用,上图中的C1、C2为共摸电容,L1为共摸电感,D4(气体放电管)、PTC1、PTC2(热敏电阻)以及D1、D2、D3(瞬态抑制二极管)为防护器件,主要防护雷击、浪涌电压、浪涌电流的。

    (2)、RS232接口电路
    在这里插入图片描述
    上图中的,C1、C2为共摸电容,L1、L2为共摸电感;D1、D2为防护静电的,R1、R2为限流电阻。

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    要明白共模电感的应用就得先明白什么是共模干扰,差模干扰。 共模和差模都是一个相对量,共模是指两个信号A,B相对于参考点(GND)的电势,差模是指A,B之间的相对值。 共模干扰是指两个信号线对地的干扰,如果环境...

    共模干扰,差模干扰

    要明白共模电感的应用就得先明白什么是共模干扰,差模干扰。

    共模和差模都是一个相对量,共模是指两个信号A,B相对于参考点(GND)的电势差模是指A,B之间的相对值

    共模干扰是指两个信号线对地的干扰,如果环境对两个信号线对地之间产生对地的同向等幅的干扰(叠加相同的电压),那么就叫共模干扰,之所以说差分信号有很好的共模抑制,是因为差分放大器只对两个信号的差值放大,如果是大小相等的共模干扰完全可以消除掉,(Udiff=Ua-Ub)

    差模干扰又指串模,是指两个信号线之间的差值,差模干扰相当于两个信号间加上了一个干扰电压,Unoise=Ua-Ub。如下图所示:

    差分信号

    等幅相位相反的两个信号,以一个共模电压为基准做摆动,就叫差分信号。如果一端接地的话就变成单端信号了。如果A,B两个信号的共模电压是1.2V的话(LVDS),那么A,B是在1.2V上做350mV的差模,高低电平是由他们的差值决定的,所以能很好的抑制共模干扰,只要控制两个信号的零点就可以控制信号的逻辑状态了,相比单端的相对于地的阀值电平,具有抗共模干扰能力强,适合电压传输,EMI少的优点。对于差分信号为什么需要共模扼流圈,是因为差分放大器都有一个共模抑制比,超过这个 CMRR,就会失真。下图是差分的具体实现图(LVDS):

    从图中也可以看到,由于差分信号相互之间的耦合左右,所以对外的EMI也比较小。

    共模电感抑制共模干扰:

    根据右手螺旋定则,在同一磁环绕上方向相反的两个线圈通过极性相同,幅值相等的两个电压时,产生的磁通相互叠加,感抗为:Xl=wL,感抗很大。差分信号产生的磁通就相互抵消。

    差分信号的回路

    当地参考面不连续的时候,两根信号能提供回路,但是还是和地的耦合强度大一般是以地为回路

     

    共模干扰是什么?

     

     共模
    共模
     

    共模对于我们来说,似乎有些陌生,但它却存在于我们的生活之中,对此我们需要对它进一步地了解,以便更好地利用它为人类创造价值。因此,今天我就为大家讲述共模干扰消除方法的相关内容。希望能为你们的生活带来更大的帮助,从而在生活中取得进步。

    “共模”干扰的定义是指电源线对大地,或中线对大地之间的电位差。对于三相电路来说,共模干扰存在于任何一相与大地之间。共模干扰有时也称为纵模干扰,不对称干扰或接地干扰,这是载流导体与大地之间的电位差。它与差模的区别是差模干扰存在于电源相线与中线之间。
     
    共模干扰往往是指同时加载在各个输入信号接口段的共有的信号干扰。共模干扰是在信号线与地之间传输,属于非对称性干扰。


    共模
    共模
     

    共模干扰消除方法
     
    (1)采用屏蔽双绞线并有效接地
     
    (2)不要和电控锁等易产生干扰的设备共用同一个电源
     
    (3)采用线性稳压电源或高品质的开关电源(纹波干扰小于50mV)
     
    (4)使用差分式电路

    (5)强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽
     
    (6)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
     
    综上所述,共模干扰也称为 纵模干扰 ,并且共模干扰与差模的区别是差模干扰存在于电源相线与中线之间。本文还讲解了共模干扰的消除方法,希望能让各位读者有较大的参考值。

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