共模干擾與差模干擾：

來源：風(fēng)陵渡口話EMC 更新時(shí)間：2024-07-20 閱讀：

在電磁兼容問題調(diào)試過程中，工程師總是習(xí)慣性得將干擾分為差模干擾和共模干擾。而實(shí)際電路中差模干擾與共模干擾是很難完全分開的，因?yàn)椴钅８蓴_與共模干擾是會(huì)彼此轉(zhuǎn)換的。要區(qū)別差模干擾與共模干擾的原因，主要是為了便于電磁兼容問題的分析、調(diào)試、對(duì)策。

1、差模與共模：

電壓和電流的變化通過導(dǎo)線傳輸時(shí)有兩種形態(tài), 一種是兩根導(dǎo)線分別作為信號(hào)傳輸路徑與回流路徑, 我們稱之為"差模"；另一種是兩根導(dǎo)線同時(shí)做信號(hào)傳輸路徑,回流路徑通過參考平面（地平面&電源平面）返回, 我們稱之為"共模"。一對(duì)導(dǎo)線上如果流過的電流大小相等，方向相反則稱為差模電流。差模電流流過電路中的導(dǎo)線環(huán)路時(shí)，將引起差模輻射。

如上圖, 藍(lán)色信號(hào)是在兩根導(dǎo)線內(nèi)部作往返傳輸?shù)?，我們稱之為"差模"；而黃信號(hào)是在信號(hào)與參考地平面之間傳輸?shù)?，我們稱之為"共模"。

2、差模干擾與共模干擾：

任何兩根電源線或信號(hào)線上所存在的干擾，均可用差模干擾與共模干擾來表示：差模干擾在兩根導(dǎo)線之間傳輸，屬于對(duì)稱性干擾。共模干擾是兩根線經(jīng)過共同的參考平面返回源端，屬于非對(duì)稱干擾。

差模干擾的電流大小相等，方向（相位）相反。由于分布電容、寄生電感、走線阻抗的不連續(xù)，以及信號(hào)回流路徑流過非設(shè)計(jì)路徑等，差模電流會(huì)轉(zhuǎn)換為共模電流。

共模干擾的電流大小不一定相等，方向（相位）是相同的。電氣設(shè)備的對(duì)外干擾主要以共模干擾為主，外來干擾也多以共模干擾為主（比如雷擊浪涌、EFT測(cè)試），共模干擾通常不會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生影響，但共模干擾轉(zhuǎn)換差模干擾后，就會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備。

3、共模干擾產(chǎn)生的原因：

由于電路布線兩端的器件所接的參考地電位不同，在參考地電位差驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生的電流。
電路參考地電位與大地之間電位差，在兩者的電位差驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生的電流。
外界電磁場(chǎng)在所有電路信號(hào)布線上感應(yīng)出來的電壓。（這個(gè)電壓相對(duì)與大地是同相的），由這電壓產(chǎn)生的電流。
電網(wǎng)串入共模干擾電壓。
不同設(shè)備、不同電路之間接地電位差，以及與大地之間的電位差。
由于分布電容、寄生電感、走線阻抗的不連續(xù)則會(huì)導(dǎo)致差模信號(hào)轉(zhuǎn)換成共模信號(hào)。
電路參考平面不連續(xù)、回流路徑的改變導(dǎo)致差模信號(hào)轉(zhuǎn)換成共模干擾。
電纜布線經(jīng)過開關(guān)電源磁性元件附近，電纜就極容易感應(yīng)共模干擾。

4、如何識(shí)別共模干擾：

4.1、從干擾源類型判斷：

電焊機(jī)發(fā)生的電弧、附近的電臺(tái)及大功率發(fā)電機(jī)等大功率輻射裝置在電纜上產(chǎn)生的干擾通常是共模干擾。靜電放電、雷擊浪涌、電快速脈沖群測(cè)試在電纜上產(chǎn)生的干擾同樣是共模干擾。

4.2、借助電流卡鉗和頻譜分析儀工具判斷：

將電流卡鉗分別卡在信號(hào)線或地線(火線或零線)上，記錄下某個(gè)感應(yīng)頻率(f1)的干擾強(qiáng)度，將電流卡鉗同時(shí)卡住信號(hào)線和地線，若能觀察到(f1)處的干擾，則(f1)干擾中包含共模干擾成分，要判斷是否僅含共模干擾成份，進(jìn)行步驟下一步的判別，將卡鉗分別卡住信號(hào)線和地線，若兩根線上測(cè)得的(f1)干擾的幅度相同，則(f1)干擾中僅含共模干擾成份;若不相同，則(f1)干擾中還包含差模干擾成份。

4.3、使用磁環(huán)、共模電感判斷：

通過在電纜或者信號(hào)上增加不同濾波頻段的磁環(huán)、共模電感，若作用非常明顯則基本上判斷是共模干擾成分占主要因素，但不能完全排除沒有差模成分，是因?yàn)楣材ｋ姼斜旧泶嬖诼└?，磁環(huán)繞圈后也會(huì)形成差模電感效應(yīng)。

4.4、使手判斷：

有些設(shè)備是采用2芯電源線，相對(duì)于大地而言是浮地，此時(shí)用手接觸被測(cè)設(shè)備，干擾改善非常明顯，說明設(shè)備地與大地之間存在電位差，基本上判斷是共模干擾。

5、如何抑制共模干擾：

EMC工程師都知道解決EMI問題的主要思想是抑制干擾源，切斷耦合路徑。共模干擾的抑制也同樣遵循這個(gè)規(guī)律。前面我們分析了共模干擾產(chǎn)生的機(jī)理，知道共模干擾產(chǎn)生的途徑主要是由地電位差，故減小地電位差是解決共模干擾的殺手锏之一。

我們知道地電位差的產(chǎn)生主要原因是，地平面寄生電感的存在，高頻電流流過寄生電感兩端時(shí)就會(huì)產(chǎn)生電位差，所以減小地電位差的本質(zhì)就是減小高頻下的寄生電感，可以采取如下措施：

信號(hào)傳輸采用完整參考地平面做回流路徑。
模塊電路采用多點(diǎn)接地與參考地平面連接。
設(shè)備接大地。
不同信號(hào)類型地之間采用電容跨接。
地線布線寬度盡可能寬。
地過孔密度增加。

共模干擾一般是以電流形式存在，從共模干擾耦合路徑的角度，也可以采用共模電感切斷其耦合路徑。在電路中串入共模電感，當(dāng)有共模干擾電流流經(jīng)線圈時(shí)，由于共模干擾電流的同向性，會(huì)在線圈內(nèi)產(chǎn)生同向的磁場(chǎng)而增大線圈的感抗，使線圈表現(xiàn)為高阻抗，產(chǎn)生較強(qiáng)的阻尼效果，以此衰減共模干擾電流，達(dá)到濾波的目的；當(dāng)電路中的正常差模電流流經(jīng)共模電感時(shí)，電流在同相繞制的共模電感線圈中產(chǎn)生反向的磁場(chǎng)而相互抵消，因而對(duì)正常的差模電流基本沒有衰減作用。