共模干扰抑制技术
电磁干扰(EMI)差模共模干扰抑制措施
54差模干扰在电路回路中存在大小相等、方向相反的干扰电流，并且干扰电流在由两根导线组成的回路中传输。
图4.1.1：差模干扰示意图产生的原因差模干扰中的干扰是起源在回路线路之中(直接注入)，如同一线路中工作的电机，开关电源，可控硅等，他们在回路上所产生的干扰就是差模干扰。
如何影响设备差模干扰直接作用在设备两端的，直接影响设备工作，甚至破坏设备。
（表现为尖峰电压，电压跌落及中断）如何滤除差模干扰主要采用差模线圈和差模电容。
55差模线圈图4.1.2：差模线圈示意图从图中可知，当电流流过差模线圈之后，线圈里面的磁通是增强的，相当于两个磁通之和，线圈在低频率时低阻抗，高频率时高阻抗，所以在高频时利用它的高阻抗衰减差模信号。
差模电容电容具有低频率高阻抗，高频率低阻抗特性，利用电容在高频时它的低阻抗短路掉差模信号。
图4.1.3：差模电容示意图56共模干扰在电路回路中存在大小相等、方向相同的干扰电流，并且干扰电流在导线与地线中传输。
产生的原因电网串入共模电压、辐射干扰(如雷电) 在信号线上感应出共模电压、接地电压存在电位差引入共模电压。
如何影响设备因为在负载两端没有电位差，所有的共模电流都通过电缆和地之间的寄生电容流向地线，由于电路的非平衡性。
相同的共摸电压会在信号线和信号地线上产生不同的幅度的共模电流。
从而产生差模电压，形成干扰。
如何滤除共模干扰主要采用共模线圈和共模电容。
图4.2.1：共模干扰示意图57共模线圈图4.2.2：共模线圈示意图共模线圈和差模线圈原理比较类似，都是利用线圈高频时的高阻抗来衰减干扰信号。
共模线圈和差模线圈绕线方法刚好相反。
共模线圈对方向相反的电流基本不起作用。
共模电容共模电容的工作原理和差模电容的工作原理是一致的，都是利用电容的高频低阻抗，使高频干扰信号短路，而低频时电路不受任何影响。
只是差模电容是两极之间短路。
而共模电容是线对地短路。
图4.2.3：共模电容示意图58线圈抑制频率响应实际的电感是L 、C 的并联网络（忽略绕组的电阻）它的阻抗特性如图4.3.1所示，图4.3.1：电感频率响应图DM (LC)-1/2从图上可知，在谐振频率以下，呈现电感的阻抗特性，谐振频率以上，呈现电容的阻抗特性，随着频率的升高．阻抗越来越小，失去对干扰的抑制作用。
基于噪声平衡的抵消共模干扰新技术
Novel Techniques to Cancel Common-mode Noise Based onNoise Balance基于噪声平衡的抵消共模干扰新技术Abstract:概要：Role of winding shielding on the parasitic capacitances of transformer and common-mode (CM) noise is analyzed in details when considering the effects of the secondary side noise source. Based on the proposed model of CM noise, two novel techniques to cancel CM noise by balancing noise is given; experiment results show CM noise is greatly reduced when the techniques are adopted.详细分析线圈屏蔽对变压器寄生电容和共模（CM）噪声的影响。
基于共模噪声模型，俩平衡噪声的新技术用来抵消共模噪声；实验证明共模噪声被显著降低当技术被应用时。
Ⅰ. Introduction一．导言A switching power converter generates larger CM noise as a result of the switching operations in the presence of parasitic capacitance between windings of transformer. In order to reduce common-mode EMI emission, a Faraday shielding between the primary and secondary windings of the transformer is often adopted in practice to reduce the effective coupling capacitance between the windings. Some researches on the modeling of the stray capacitive effects in the transformer were reported [1, 2, 3]. However, they usually did not consider the effects of the shielding and were not good enough for EMI analysis in practical design.变压器绕组间存在技术电容因而开关电源运行时会产生大量的共模噪声。
共模干扰的抑制方法
共模干扰的抑制方法
共模干扰是一种由信号来源共同影响接收信号的外部现象，通常会导致接收信号的质量受到影响。
抑制共模干扰的常用方法有：（1）结构化设计：把信号传输线分割成几个不同的封装中，整体结构上彼此不同，不同包裹中传输信号不会相互干扰。
（2）空间差分原则：信号把固定时间集中处理成多声道信号，多声道信号不会进行完全相同的处理，信号时空均可以有效的被解决。
（3）频率差分：尽可能的设计出差距较大的两个信号，以达到完全不会影响在低频信号上，而高频信号会被低频信号滤波抑制。
（4）采用滤波器：通过不断调节滤波器，从而对不同频段进行隔离，抑制相应频段的共模干扰。
开关电源的共模干扰抑制技术开关电源共模电磁干扰（EMI）对策详解
开关电源的共模干扰抑制技术开关电源共模电磁干扰（EMI）对策详解開關電源的共模干擾抑制技術|開關電源共模電磁干擾(EMI)對策詳解0 引言由於MOSFET及IGBT和軟開關技術在電力電子電路中的廣泛應用，使得功率變換器的開關頻率越來越高，結構更加緊湊，但亦帶來許多問題，如寄生元件產生的影響加劇，電磁輻射加劇等，所以EMI 問題是目前電力電子界關注的主要問題之一。
傳導是電力電子裝置中干擾傳播的重要途徑。
差模干擾和共模干擾是主要的傳導干擾形態。
多數情況下，功率變換器的傳導干擾以共模干擾為主。
本文介紹了一種基於補償原理的無源共模干擾抑制技術，並成功地應用於多種功率變換器拓撲中。
理論和實驗結果都證明了，它能有效地減小電路中的高頻傳導共模干擾。
這一方案的優越性在於，它無需額外的控制電路和輔助電源，不依賴於電源變換器其他部分的運行情況，結構簡單、緊湊。
1 補償原理共模雜訊與差模雜訊產生的內部機制有所不同：差模雜訊主要由開關變換器的脈動電流引起；共模雜訊則主要由較高的d/d與雜散參數間相互作用而產生的高頻振盪引起。
如圖1所示。
共模電流包含連線到接地面的位移電流，同時，由於開關器件端子上的d/d是最大的，所以開關器件與散熱片之間的雜散電容也將產生共模電流。
圖2給出了這種新型共模雜訊抑制電路所依據的本質概念。
開關器件的d/d通過外殼和散熱片之間的寄生電容對地形成雜訊電流。
抑制電路通過檢測器件的d/d，並把它反相，然後加到一個補償電容上面，從而形成補償電流對雜訊電流的抵消。
即補償電流與雜訊電流等幅但相位相差180°，並且也流入接地層。
根據基爾霍夫電流定律，這兩股電流在接地點匯流為零，於是50Ω的阻抗平衡網路（LISN）電阻（接測量接收機的BNC埠）上的共模雜訊電壓被大大減弱了。
圖1 CM及DM雜訊電流的耦合路徑示意圖圖2 提出的共模雜訊消除方法2 基於補償原理的共模干擾抑制技術在開關電源中的應用本文以單端反激電路為例，介紹基於補償原理的共模干擾抑制技術在功率變換器中的應用。
磁阻增大抑制共模
磁阻增大在抑制共模噪声中的关键作用
在现代电子设备和信号处理系统中，共模噪声的抑制是一项至关重要的任务。
共模噪声是指在电路中两个输入端同时出现且幅度相等、极性相同的噪声信号，它不仅会降低系统的信噪比，影响信号质量，还可能触发系统的误动作或失效。
为此，科学家们引入了一种基于磁阻效应的技术来有效抑制共模噪声。
磁阻，即磁性材料电阻随外加磁场变化的现象，具有显著的非线性特性。
其中，巨磁阻（GMR）和隧道磁阻（TMR）效应是两种广泛应用的磁阻现象，它们能够实现对微弱磁场的高度敏感探测与控制。
在共模噪声抑制应用中，磁阻元件被设计用于检测并响应共模信号产生的磁场变化。
当共模噪声电流流经电路时，会在磁性层产生相应的磁场，进而导致磁阻器件的电阻值发生变化。
通过巧妙的电路设计，这种电阻的变化可以转化为有用的电信号，然后利用差分放大器等电路将共模噪声成分抵消掉，从而达到抑制共模噪声的目的。
磁阻增大的器件具有更高的磁场灵敏度，这意味着即使是很小的共模电流也能引起明显的电阻变化，增强了对共模噪声的抑制效果。
此外，磁阻器件的高速响应特性也使其在高频噪声抑制方面表现卓越。
总的来说，随着磁阻技术的发展，尤其是磁阻增大器件的不断优化，为高效抑制共模噪声提供了新的解决方案。
在诸如数据通信、传感器、电源滤波以及精密测量等领域，磁阻增大在共模噪声抑制方面的应用越来越广泛，极大地提升了相关系统的稳定性和可靠性。
串模干扰共模干扰概念以及抑制方法
串模干扰共模干扰概念以及抑制方法发布日期：2010-03-11仪表在工业生产的现场使用的条件常常是很复杂的。
被测量的参数又往往被转换成微弱的低电平电压信号，并通过长距离传输至二次表或者计算机系统。
因此除了有用的信号外，经常会出现一些与被测信号无关的电压或电流存在。
这种无关的电压或电流信号我们称之为“干扰”（也叫噪声）。
干扰的来源有很多种，通常我们所说的干扰是电气的干扰，但是在广义上热噪声、温度效应、化学效应、振动等都可能给测量带来影响，产生干扰。
在测量过程中，如果不能排除这些干扰的影响，仪表就不能够正常的工作。
根据仪表输入端干扰的作用方式，可分为串模干扰和共模干扰。
串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰；共模干扰是加在仪表任一输入端与地之间的干扰。
干扰来自于干扰源，它们在仪表内外都可能存在。
在仪表外部，一些大功率的用电设备以及电力设备都可能成为干扰源，而在仪表内部的电源变压器、机电器、开关以及电源线等也均可能成为干扰源1) 串模干扰的抑制串模干扰与被测信号所处的地位相同，因此一旦产生串模干扰，就不容易消除。
所以应当首先防止它的产生。
防止串模干扰的措施一般有以下这些：* 信号导线的扭绞。
由于把信号导线扭绞在一起能使信号回路包围的面积大为减少，而且是两根信号导线到干扰源的距离能大致相等，分布电容也能大致相同，所以能使由磁场和电场通过感应耦合进入回路的串模干扰大为减小。
* 屏蔽。
为了防止电场的干扰，可以把信号导线用金属包起来。
通常的做法是在导线外包一层金属网（或者铁磁材料），外套绝缘层。
屏蔽的目的就是隔断“场”的耦合，抑制各种“场”的干扰。
屏蔽层需要接地，才能够防止干扰。
* 滤波。
对于变化速度很慢的直流信号，可以在仪表的输入端加入滤波电路，以使混杂于信号的干扰衰减到最小。
但是在实际的工程设计中，这种方法一般很少用，通常，这一点在仪表的电路设计过程中就已经考虑了。
以上的几种方法是主要是针对与不可避免的干扰场形成后的被动抑制措施，但是在实际过程中，我们应当尽量避免干扰场的形成。
浅谈基于EMC的共模干扰与差模干扰以及抑制方法
基于EMC的共模干扰与差模干扰以及抑制方法什么是共模与差模电器设备的电源线，电话等的通信线, 与其它设备或外围设备相互交换的通讯线路,至少有两根导线,这两根导线作为往返线路输送电力或信号，在这两根导线之外通常还有第三导体,这就是"地线"。
电压和电流的变化通过导线传输时有两种形态, 一种是两根导线分别做为往返线路传输, 我们称之为"差模"；另一种是两根导线做去路,地线做返回传输, 我们称之为"共模"。
如上图, 蓝色信号是在两根导线内部作往返传输的，我们称之为"差模"；而黄信号是在信号与地线之间传输的，我们称之为"共模"。
共模干扰与差模干扰任何两根电源线或通信线上所存在的干扰，均可用共模干扰和差模干扰来表示：共模干扰在导线与地（机壳）之间传输，属于非对称性干扰，它定义为任何载流导体与参考地之间的不希望有的电位差；差模干扰在两导线之间传输，属于对称性干扰,它定义为任何两个载流导体之间的不希望有的电位差。
在一般情况下，共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。
差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小。
共模干扰信号共模干扰的电流大小不一定相等，但是方向（相位）相同的。
电气设备对外的干扰多以共模干扰为主，外来的干扰也多以共模干扰为主，共模干扰本身一般不会对设备产生危害，但是如果共模干扰转变为差模干扰，干扰就严重了，因为有用信号都是差模信号。
差模干扰信号差模干扰的电流大小相等，方向（相位）相反。
由于走线的分布电容、电感、信号走线阻抗不连续，以及信号回流路径流过了意料之外的通路等，差模电流会转换成共模电流。
共模干扰产生原因1. 电网串入共模干扰电压。
2. 辐射干扰（如雷电，设备电弧，附近电台，大功率辐射源）在信号线上感应出共模干扰，原因是交变的磁场产生交变的电流，地线－零线回路面积与地线－火线回路面积不相同，两个回路阻抗不同等原因造成电流大小不同。
差模干扰和共模干扰及其消除
差模干扰和共模干扰与其消除电压电流的变化通过导线传输时有二种形态，我们将此称做“共模〞和“差模〞。
设备的电源线，等的通信线，与其它设备或外围设备相互交换的通讯线路，至少有两根导线，这两根导线作为往返线路输送电力或信号。
但在这两根导线之外通常还有第三导体，这就是“地线〞。
干扰电压和电流分为两种：一种是两根导线分别做为往返线路传输;另一种是两根导线做去路，地线做返回路传输。
前者叫“差模〞，后者叫“共模〞。
电源线噪声是电网中各种用电设备产生的电磁骚扰沿着电源线传播所造成的。
电源线噪声分为两大类：共模干扰、差模干扰。
共模干扰〔mon-mode Interference〕定义为任何载流导体与参考地之间的不希望有的电位差；差模干扰〔Differential-mode Interference〕定义为任何两个载流导体之间的不希望有的电位差。
任何电源线上传导干扰信号，均可用差模和共模信号来表示。
差模干扰在两导线之间传输，属于对称性干扰；消除差模干扰的方法是在电路中增加一个偏值电阻,并采用双绞线；共模干扰在导线与地〔机壳〕之间传输，属于非对称性干扰。
在一般情况下，差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小；共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。
消除共模干扰的方法包括：〔1〕采用屏蔽双绞线并有效接地〔2〕强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽〔3〕布线时远离高压线，更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线〔4〕采用线性稳压电源或高品质的开关电源(纹波干扰小于50mV)欲削弱传导干扰，把EMI信号控制在有关EMC标准规定的极限电平以下。
除抑制干扰源以外，最有效的方法就是在开关电源输入和输出电路中加装EMI滤波器。
开关电源的工作频率约为10～100 kHz。
EMC很多标准规定的传导干扰电平的极限值都是从10 kHz算起。
对开关电源产生的高频段EMI信号，只要选择相应的去耦电路或网络结构较为简单的EMI滤波器，就不难满足符合EMC标准的滤波效果。
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开关电源的共模干扰抑制技术
0 引言
由于MOSFET及IGBT和软开关技术在电力电子电路中的广泛应用，使得功率变换器的开关频率越来越高，结构更加紧凑，但亦带来许多问题，如寄生元件产生的影响加剧，电磁辐射加剧等，所以EMI问题是目前电力电子界关注的主要问题之一。
传导是电力电子装置中干扰传播的重要途径。
差模干扰和共模干扰是主要的传导干扰形态。
多数情况下，功率变换器的传导干扰以共模干扰为主。
本文介绍了一种基于补偿原理的无源共模干扰抑制技术，并成功地应用于多种功率变换器拓扑中。
理论和实验结果都证明了，它能有效地减小电路中的高频传导共模干扰。
这一方案的优越性在于，它无需额外的控制电路和辅助电源，不依赖于电源变换器其他部分的运行情况，结构简单、紧凑。
1 &n
bsp; 补偿原理
共模噪声与差模噪声产生的内部机制有所不同：差模噪声主要由开关变换器的脉动电流引起；共模噪声则主要由较高的d/d与杂散参数间相互作用而产生的高频振荡引起。
如图1所示。
共模电流包含连线到接地面的位移电流，同时，由于开关器件端子上的d/d是最大的，所以开关器件与散热片之间的杂散电容也将产生共模电流。
图2给出了这种新型共模噪声抑制电路所依据的本质概念。
开关器件的d/d通过外壳和散热片之间的寄生电容对地形成噪声电流。
抑制电路通过检测器件的d/d，并把它反相，然后加到一个补偿电容上面，从而形成补偿电流对噪声电流的抵消。
即补偿电流与噪声电流等幅但相位相差180°，并且也流入接地层。
根据基尔霍夫电流定律，这两股电流在接地点汇流为零，于是50Ω的阻抗平衡网络（LISN）电阻（接测量接收机的BNC端口）上的共模噪声电压被大大减弱了。
图1 CM及DM噪声电流的耦合路径示意图
图2 提出的共模噪声消除方法
2 基于补偿原理的共模干扰抑制技术在开关电源中的应用
本文以单端反激电路为例，介绍基于补偿原理的共模干扰抑制技术在功率变换器中的应用。
图3给出了典型单端反激变换器的拓扑结构，并加入了新的共模噪声抑制电路。
如图3所示，从开关器件过来的d/d所导致的寄生电流para 注入接地层，附加抑制电路产生的反相噪声补偿电流comp也同时注入接地层。
理想的状况就是这两股电流相加为零，从而大大减少了流向LISN电阻的共模电流。
利用现有电路中的电源变压器磁芯，在原绕组结构上再增加一个附加绕组NC。
由于该绕组只需流过由补偿电容comp产生的反向噪声电流，所以它的线径相对原副方的P及S绕组显得很小（由实际装置的设计考虑决定）。
附加电路中的补偿电容comp主要是用来产生和由寄生电容para引起的寄生噪声电流反相的补偿电流。
comp的大小由para和绕组匝比P∶C决定。
如果P∶C=1，则comp的电容值取得和para相当；若P∶C≠1，则comp的取值要满足comp=para·d/d。
图3 带无源共模抑制电路的隔离型反激变换器
此外，还可以通过改造诸如Buck，Half-bridge等DC/DC变换器中的电感或变压器，从而形成无源补偿电路，实现噪声的抑制，如图4，图5所示。
图4 带有无源共模抑制电路的半桥隔离式DC/DC变换器
图5 带有无源共模抑制电路的Buck变换器
3 实验及结果
实验采用了一台5kW/50Hz艇用逆变器的单端反激辅助电源作为实验平台。
交流调压器的输出经过LISN送入整流桥，整流后的直流输出作为反激电路的输入。
多点测得开关管集电极对实验地（机壳）的寄生电容大约为80pF，鉴于实验室现有的电容元件，取用了一个100pF，耐压1kV的瓷片电容作为补偿电容。
一接地铝板作为实验桌面，LISN 及待测反激电源的外壳均良好接地。
图6是补偿绕组电压和原方绕组电压波形。
补偿绕组精确的反相重现了原方绕组的波形。
图7是流过补偿电容的电流和开关管散热器对地寄生电流的波形。
从图7可以看出，补偿电流和寄生电流波形相位相差180°，在一些波形尖刺方面也较好地吻合。
但是，由于开关管的金属外壳为集电极且与散热器相通，散热器形状的不规则导致了开关管寄生电容测量的不确定性。
由图7可见，补偿电流的幅值大于实际寄生电流，说明补偿电容的取值与寄生电容的逼近程度不够好，取值略偏大。
图8给出了补偿电路加入前后，流入LISN接地线的共模电流波形比较。
经过共模抑制电路的电流平衡后，共模电流的尖峰得到了很好的抑制，实验数据表明，最大的抑制量大约有14mA 左右。
图6 补偿绕组电压和原方绕组电压波形
图7 补偿电容电流和对地寄生电流波形
图8 补偿前后流入LISN地的
共模电流波形（电流卡钳系数：100mV/A）
图9是用Agilent E4402B频谱分析仪测得的共模电流的频谱波形。
可见100kHz到2MHz的频率范围内的CM 噪声得到了较好的抑制。
但是，在3MHz左右出现了一个幅值突起，之后的高频段也未见明显的衰减，这说明在高频条件下，电路的分布参数成了噪声耦合主要的影响因素，补偿电路带来的高频振荡也部分增加了共模EMI噪声的高频成份。
但从滤波器设计的角度来看，这并不太多影响由于降低了低次谐波噪声而节省的设备开支。
若是能较精确地调节补偿电容，使其尽可能接近寄生电容Cpara的值，那么抑制的效果会在此基础上有所改善。
图9 补偿前后流入LISN地的CM电流频谱比较
4 此技术的局限性
图10中的（a），（b），（c），（d）给出了噪声抑制电路无法起到正常效用时的电压、电流的波形仿真情况。
这里主要包含了两种情况：
第一种情况是在输入电容的等效串联电感（）上遇到的。
电感在整个电路中充当了限制电流变化率d/d的角色，很显然LISN中大电感量的串联电感限制了变换器电源作为电流源提供的能力。
因此，这些脉动电流所需的能量必须靠输入电容来供给，但是输入电容自身的也限制了它们作为电流源的能力。
愈大，则输入端电容提供给补偿变压器所需高
频电流的能力愈受限制。
当为100nH时，补偿电路几乎失效。
图10（a）中虽说补偿电压与寄生CM电压波形非常近似，但是图10（b）中却很明显看出流过补偿电容comp的电流被限制了。
另外一种严重的情况是补偿变压器的漏感。
当把变压器漏感从原来磁化电感的0.1％增大到10％的时候，补偿电路也开始失效，如图10（c）及图10（d）所示。
补偿绕组电压波形由于漏感和磁化电感的缘故发生分叉。
如果漏感相对于磁化电感来说很小的话，这个波形畸变可以忽略，但实际补偿电容上呈现的d/d波形已经恶化，以至于补偿电路无法有效发挥抑制作用。
（a）输入电容值较大时的CM电压
（b）输入电容值较大时的CM电流
（c）漏感值较大时的CM电压
（d）漏感值较大时的CM电流
图10 噪声电路失效仿真电压、电流波形
为了解决和变压器漏感这两个严重的限制因素，可以采取以下措施：对于输入电容的，要尽量降低至可以接受的程度，通过并联低值的电容来改善；密绕原方绕组和补偿绕组可以有效降低漏感。
5 结语
由以上的实验和分析可以看到，应用到传统电源变换器拓扑结构中的这种无源CM噪声抑制电路是有一定作用的。
由于用来补偿的附加绕组只须加到现有的变压器结构中，所以，隔离式的拓扑结构对于采用这种无源补偿消除电路来说可能是最简易、经济的电路结构。