开关噪声-EMC(三)差模(常模)噪声与共模噪声

winniewei 提交于 周五, 01/25/2019
开关噪声-EMC(三)差模(常模)噪声与共模噪声

在本系列文章的第一篇“何谓EMC”中曾提到过电磁干扰EMI大致可分为“传导噪声”和“辐射噪声”两种。其中,传导噪声根据传导方式可分为“差模(常模)噪声”和“共模噪声”两种。本文将对这两种噪声进行介绍。

差模(常模)噪声与共模噪声

传导噪声可分为两种。一种是“差模噪声”,也称为“常模噪声”。这两种称呼有时可根据条件区分使用,不过在本文中作为相同的名词处理。另一种是“共模噪声”。来看下图。本文是围绕电源展开介绍的,因此图例是将带有电路的印刷电路板(PCB)装在壳体中,并由外部给电的示例图。

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差模噪声产生在电源线之间,是噪声源对于电源线串联进入,噪声电流与电源电流方向相同。由于往返方向相反而被称为“差模(Differential mode)”。

共模噪声是经杂散电容等泄漏的噪声电流经由大地返回电源线线的噪声。因电源的(+)端和(-)端流过的噪声电流方向相同而被称为“共模(Common mode)”。在电源线间不产生噪声电压。

如前所述,这些噪声即为传导噪声。不过,由于电源线中流动着噪声电流,因此会发出噪声。

由差模噪声引起的辐射的电场强度Ed可通过左下方的公式来表示。Id为差模中的噪声电流,r为到观测点的距离,f为噪声频率。差模噪声会产生噪声电流环,因此环路面积S是非常重要的因素。如图和公式所示,假设其他因素固定,环路面积越大则电场强度越高。

由共模噪声引起的辐射的电场强度Ec可通过右下方的公式来表示。如图和公式所示,线缆长度L是非常重要的因素。

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为了更好地认识每种噪声引发的辐射特点,接下来代入实际数值来计算一下电场强度*1。条件完全相同。电场强度的观测点用蓝色圆点来表示。*1:公式来源-EMC工学详解 实用降噪技法 作者Henry W.Ott-东京电机大学出版社

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这个计算结果中非常重要的一点是:噪声电流值相同的情况下,共模噪声辐射要大得多(在本例中约大100倍)。不管怎样,这些传导噪声和辐射噪声即EMI如果超出了容许范围,就需要采取降噪对策。特别需要记住的是,在考虑辐射噪声对策时,针对共模噪声的对策是非常重要的。

关于具体对策,后续会逐步介绍,其中最原则性的噪声对策是差模噪声要减少环路面积S(比如线缆采用绞合线),共模噪声要极力缩短线缆长度。不过一定会遇到受配置和材料等限制的情况,此时需要探讨增加滤波器的方法。

希望通过本文使您能够对噪声的种类和性质有初步了解。

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来源:电源设计技术信息网站

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