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5.2 干扰电流

“共模”和“差模”是电压电流的变化通过导线传输时的两种形态,即按照干扰电流在电缆上的流动路径可分为共模干扰电流和差模干扰电流两种。根据这两种干扰电流的不同特点,滤波方式也不尽相同,因此在进行滤波设计之前必须了解干扰电流的种类,然后再采取适当的滤波方法。

5.2.1 共模干扰电流

共模干扰电流在电缆与大地之间形成的回路中流动,如图 5-4 所示。共模干扰电流有的是由设备自身因素在电缆上产生的,也有的是设备外部的因素在电缆上产生的。由设备内部产生的共模电流可导致设备传导发射或辐射发射超标;由设备外部产生的共模电流会使设备受到干扰而出现故障或降级。

图5-4 共模干扰电流

电缆上产生共模电流的根本原因是电缆与地之间存在着共模电压,这种共模电压来自三方面。

(1)外界电磁场在电缆中的所有导线上感应出电压(每根导线上的电压相对于大地都是等幅同相的),这个电压会产生共模电流。例如,雷电、无线发射设备等空间干扰会在电缆上感应出共模电压。在电磁兼容试验中,注入电流抗扰试验、电快速脉冲群(信号电缆上)试验、辐射抗扰度试验等都会在电缆上产生共模电压。

(2)由于电缆两端的设备的接地点电位不同,形成地线之间的电位差,这个电位差就是共模电压,它会驱动共模电流在地线环路中流动。

(3)电路板上的信号地与大地之间有电位差,这种电位差也属于共模电压,在这个电压的驱动下,电缆上会形成共模电流。由于信号地线就是信号的回流路径,因此在信号地线上产生的噪声电压较大,这种共模电压是电缆对外辐射的主要原因。

外界因素在电缆上产生的共模电流本身并不会对电路产生影响,但如果在电路不平衡的情况下,共模电流就会转变为电路输入端的差模电压,这时会对电路产生一定的影响。

另外,共模电流都是电路正常工作时不需要的电流,一般在设计时很少会考虑共模电流的问题。因此,设备在电缆上形成的共模电流都是意外产生的,一般无常理可循,很难查找原因并排除。当电缆上产生共模电流时,电缆就会产生强烈的电磁辐射,造成设备不能满足电磁兼容标准中对辐射发射的限值要求,或者在实际应用中对其他设备造成干扰。

5.2.2 差模干扰电流

在信号线与信号地线之间(或电源线的火线和零线之间)流动的干扰电流叫作差模干扰电流,电缆中的差模电流主要以电路的工作电流为主。外界因素也会导致差模电流,其原因有以下三个。

(1)差模电流是由外界电磁场在电缆中的导线之间形成的环路中感应出噪声电压而形成的,如图 5-5 所示。但是,由于电缆中的导线之间的距离一般很近,形成的环路面积很小,因此感应出的电压一般很小(电磁感应电压与接收环路的面积成正比)。

图5-5 外界电磁场在电缆上产生的差模电流

(2)外界因素(地线电压、电感或电容耦合的共模电压)在电缆上形成的共模电压,由于电缆所连接电路不平衡,产生了差模电流。

(3)为设备供电的电网上连接了其他设备,这些设备产生的差模干扰电压形成了差模电流,感性负载通断时产生的脉冲干扰是一种典型的情况。

外界因素在电缆上产生的差模干扰电流都会直接影响设备的工作,由于电缆中导线之间的距离很近,其环路面积不大,因此设备内部电路在电缆中的导线之间产生的差模电流一般不会产生很强的辐射,电缆产生的辐射主要是由共模电流引起的。

如果设备中采用了开关电源,那么开关在电源工作时,电源线上既会产生很强的共模干扰,也会产生很强的差模干扰。 okiEmoPX1PMst1S575ODjgHHgLBzDHpjCpEGHfptKPyLuHrBI/UsK8mUBkezfqU+

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