電源線的噪聲共模干擾和差模干擾優(yōu)化設(shè)計(jì)

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: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時(shí)，電流在同相位繞制的電感線圈中產(chǎn)生反向的磁場而相互抵消，此時(shí)正常信號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)共模電流流過線圈時(shí)，由于共模電流的同向性，會(huì)在線圈類產(chǎn)生同向的磁場而增大線圈的阻抗，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0.1uF）

差模干擾的消除

當(dāng)干擾信號頻率越高時(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，均用差模和共模信號來表示，差模干擾在兩導(dǎo)線之間傳輸，屬于對稱性干擾；共模干擾在導(dǎo)線與地（機(jī)殼）之間傳輸，一般指在兩根信號線上產(chǎn)生的幅值相等，相位相同的噪聲，屬于非對對稱性干擾。在一般情況下，差模干擾幅度小、頻率低、所造成的干擾較??；共模干擾幅度大、頻率高，還可以通過導(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相對于N為220V，外殼如果不接地，存在110V的電壓

對地漏電流計(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。

常用的四種簡易的EMI裝置

為降低成本和減小體積,開關(guān)電源一般采用簡易的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.輸入電流畸變造成的噪聲

開關(guān)電源普遍采用橋式整流，電容濾波的裝置。在沒有PFC功能的輸入級，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)帶來了諧波干擾，并且降低了功率因數(shù)。

三.開關(guān)管及變壓器產(chǎn)生的干擾

開關(guān)管是開關(guān)電源的核心器件，同時(shí)也是干擾源。當(dāng)開關(guān)管的頻率升高，開關(guān)管的開關(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)帶來干擾。

開關(guān)電源工作過程中，由初級濾波大電容、高頻變壓器初級線圈和開關(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。而實(shí)際二極管，當(dāng)二極管正向?qū)〞r(shí)，PN結(jié)類的電荷被積累，當(dāng)二極管承受反向電壓時(shí)，PN結(jié)類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)。可以在二極管兩端并聯(lián)RC，用來吸收噪聲。

五.分布及寄生參數(shù)引起的開關(guān)電源的噪聲

開關(guān)電源的分布參數(shù)是多數(shù)干擾的內(nèi)在因素，開關(guān)電源和散熱器之間的分布電容、變壓器初次級之間的分布電容、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。