差模濾波器和共模濾波器

1、共模和差模信號(hào)與濾波器山東萊蕪鋼鐵集團(tuán)動(dòng)力部周志敏(萊蕪271104)1概述隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，電磁兼容已成為研究微電子裝置安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要課題。抑制電磁干擾采用的技術(shù)主要包括濾波技術(shù)、布局與布線技術(shù)、屏蔽技術(shù)、接地技術(shù)、密封技術(shù)等。而干擾源的傳播途徑分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。傳導(dǎo)噪聲的頻率范圍很寬，從10kHz30MHz僅從產(chǎn)生干擾的原因出發(fā)，通過控制脈沖的上升與下降時(shí)間來解決干擾問題未必是一個(gè)好方法。為此了解共模和差模信號(hào)之間的差別，對(duì)正確理解脈沖磁路和工作模塊之間的關(guān)系是至關(guān)重要的。在抑制電磁干擾的各項(xiàng)技術(shù)中，采用濾波技術(shù)對(duì)局域網(wǎng)(LAN、通信接口電路、電源電路中減少共模干擾起

2、著關(guān)鍵作用。所以掌握濾波器的工作原理和其實(shí)用電路的結(jié)構(gòu)及其正確的應(yīng)用，是微電子裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。2差模信號(hào)和共模信號(hào)差模信號(hào)又稱為常模、串模、線間感應(yīng)和對(duì)稱信號(hào)等，在兩線電纜傳輸回路，每一線對(duì)地電壓用符號(hào)V1和V2來表示。差模信號(hào)分量是VDIFE純差模信號(hào)是：V1V2;其大小相等，相位差180;VDIFF=VJV2,因?yàn)閂1和V2對(duì)地是對(duì)稱的，所以地線上沒有電流流過，差模信號(hào)的電路如圖1所示。所有的差模電流(IDIFF)全流過負(fù)載。差模干擾侵入往返兩條信號(hào)線，方向與信號(hào)電流方向一致，其一種是由信號(hào)源產(chǎn)生，另一種是傳輸過程中由電磁感應(yīng)產(chǎn)生，它和信號(hào)串在一起且同相位，這種干擾一般比較難

3、以抑制。共模信號(hào)又稱為對(duì)地感應(yīng)信號(hào)或不對(duì)稱信號(hào)，共模信號(hào)分量是VCOM純共模信號(hào)是：VCOM=V1=V2大小相等，相位差為0;V3=Q共模信號(hào)的電路如圖2所示。干擾信號(hào)侵入線路和接地之間，干擾電流在兩條線上各流過二分之一，以地為公共回路；原則上講，這種干擾是比較容易消除的。在實(shí)際電路中由于線路阻抗不平衡，使共模信號(hào)干擾會(huì)轉(zhuǎn)化為不易消除的串?dāng)_干擾。3濾波器濾波器可以抑制交流電源線上輸入的干擾信號(hào)及信號(hào)傳輸線上感應(yīng)的各種干擾。濾波器可分為交流電源濾波器、信號(hào)傳輸線濾波器和去耦濾波器。交流電源濾波器大量應(yīng)用在開關(guān)電源的系統(tǒng)中，既可以抑制外來的高頻干擾，還可以抑制開關(guān)電源向n型濾波器抑制，如外發(fā)送干擾

4、。來自工頻電源或雷擊等瞬變干擾，經(jīng)電源線侵入電子設(shè)備，這種干擾以共模和差模方式傳播，可用電源濾波器濾除。在濾波電路中，有很多專用的濾波元件(如鐵氧體磁環(huán))，它們能夠改善電路的濾波特性，恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)和使用濾波器是抗干擾技術(shù)的重要手段。例如開關(guān)電源通過傳導(dǎo)和輻射岀的噪聲有差模和共模之分，差模噪聲采用圖3(a)所示。圖3(a)中，LD為濾波扼流圈。若要對(duì)共模噪聲有抑制能力，應(yīng)采用如圖3(b)所示的濾波電路。圖3(b)中，LC為濾波扼流圈。由于LC的兩個(gè)線圈繞向一致，當(dāng)電源輸入電流流過LC時(shí)，所產(chǎn)生的磁場可以互相抵消，相當(dāng)于沒有電感效應(yīng)，因此，它使用磁導(dǎo)率高的磁芯。LC對(duì)共模噪聲來說，相當(dāng)于一個(gè)大電感，

5、能有效地抑制共模傳導(dǎo)噪聲。開關(guān)電源輸入端分別對(duì)地并接的電容CY對(duì)共模噪聲起旁路作用。共模扼流圈兩端并聯(lián)的電容CX對(duì)共模噪聲起抑制作用。R為CX的放電電阻，它是VDE0806和IEC380安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)所推薦的。圖3(b)中各元件參數(shù)范圍為：CX=0.1卩F2卩F;CY=2.0ni33nF;LC=L幾十mH隨工作電流不同而取不同的參數(shù)值，如電流為25A時(shí)LC=1.8mH電流為03A時(shí)丄C=47mH另外在濾波器元件選擇中，一定要保證輸入濾波器的諧振頻率低于開關(guān)電源的工作頻率。圖1差模信號(hào)圖2共模信號(hào)lb)圖3濾波器結(jié)構(gòu)圖圖4改進(jìn)后的濾波器圖4所示的濾波器可進(jìn)一步提高對(duì)差模噪聲的抑制能力。CX上除加有

6、電源電壓外，還會(huì)疊加上相線和零線之間存在的各種電磁干擾峰值電壓。為保證電容器失效后，不危及人身安全，并考慮到應(yīng)用中最壞的情況，CX安全等級(jí)分為兩類，即X1和X2類，X1等級(jí)用于設(shè)備的峰值電壓大于12kV場合，X2類用于設(shè)備峰值電壓小于1.2kV的一般場合。另外，通過限制CY的容量可達(dá)到控制在規(guī)定電壓頻率作用下，流過該電容器漏電流的大小。若為裝設(shè)在可移動(dòng)設(shè)備上的濾波器，其交流漏電流應(yīng)低于1mA若為裝設(shè)在位置固定且接地的設(shè)備上的濾波器的交流漏電流應(yīng)小于35mA再根據(jù)漏電流Ii的要求計(jì)算CY的容量，其關(guān)系式為：Ii=2nfCYU式中：f電源頻率;U電源供電電壓LD是用來進(jìn)一步抑制差模噪聲的差模扼流圈

7、。因?yàn)長D的引入將使電容CX充電電流減少，達(dá)到了抑制差模噪聲的目的。4濾波器的安裝與布線交流濾波器的安裝及布線直接影響濾波器的性能，在其安裝布線中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）濾波器應(yīng)安裝在機(jī)柜底部離設(shè)備電源入口盡量近的部位，并加以絕緣，不要讓未經(jīng)過濾波器的電源線在機(jī)柜內(nèi)迂回，如果交流電源進(jìn)入機(jī)柜內(nèi)到電源濾波器之間有較長的距離時(shí)，則這段線應(yīng)加以屏蔽。（2）電源濾波器的外殼必須用截面積大的導(dǎo)線以最短的距離與機(jī)殼連為一體，并盡量使電源濾波器的接地點(diǎn)與機(jī)殼接地點(diǎn)保持最短的距離，輸入輸出線應(yīng)靠近機(jī)殼底部布線以減少耦合，并將輸入輸出線嚴(yán)格分開，絕不允許將濾波器的輸入線和輸出線捆扎在一起或靠得很近，否則，當(dāng)干擾頻率達(dá)到數(shù)兆Hz以上時(shí)，這時(shí)輸入輸出線會(huì)相互耦合而降低其對(duì)高頻干擾信號(hào)的衰減效果。插座式交流電源濾波器從結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了輸入輸出的隔離，對(duì)