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:
當電路中的正常電流通過時,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);當共模電流流過線圈時,由于共模電流的同向性,會在線圈類產(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)生較強的阻尼效果,以此衰減共模電流達到濾波的目的。
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).強電場的地方還需要采用度鋅管屏蔽。
(3).布線時遠離高壓線,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
當干擾信號頻率越高時,Zc越小,效果越明顯,而低頻時電路不受任何影響。(電容C的容量大致是0.01-0.47uF)
任何電源線上傳導干擾信號,均用差模和共模信號來表示,差模干擾在兩導線之間傳輸,屬于對稱性干擾;共模干擾在導線與地(機殼)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,還可以通過導線輻射,所造成的干擾較小。
3.濾波器
該五端器件有兩個輸入端,兩個輸出端和一個接地端,使用時外殼應(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,使用者面臨的風險越大,如果一個人觸碰了破損接地線的設(shè)備,漏電流將流經(jīng)人體到達大地。
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能功能,使得二極管的導通角變小,輸入電流變成一個峰值很高、時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,同時也是干擾源。當開關(guān)管的頻率升高,開關(guān)管的開關(guān)頻率升高,會給整個系統(tǒng)增加干擾,此時如果吸收回路的二極管或者電容電阻的參數(shù)選擇不當?shù)臅r候也會給整個系統(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)成一個高頻電流回路,該回路造成一個較大的輻射噪聲。
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截至,不會有反向電流通過。而實際二極管,當二極管正向?qū)〞r,PN結(jié)類的電荷被積累,當二極管承受反向電壓時,PN結(jié)類的電荷釋放并形成一個反向恢復電流,它恢復到零點的時間與結(jié)電容的大小有關(guān)??梢栽诙O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。高頻工作時導線變成了發(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。
推薦閱讀:
可控的開關(guān)電源軟啟動電路應(yīng)用設(shè)計
淺談集成穩(wěn)壓器調(diào)整率參數(shù)的測量原理和方法
《2017年協(xié)作機器人行業(yè)發(fā)展藍皮書》重磅全球首發(fā)
深入解讀高端智能手機芯片里的“外交官”-射頻前端