開關(guān)電源共模電流模型可以用下面三個回路來簡單說明。在開關(guān)管共模電壓的驅(qū)動下,形成輸入回路、輸出回路和輸入-輸出大回路。從傳導(dǎo)發(fā)射的角度來說,我們希望減少輸入回路和輸入-輸出大回路的共模電流,從輻射發(fā)射角度來說,我們一方面希望減小共模電流,另一方面要減小各個回路面積。
另一方面,共模電流大小與產(chǎn)品的接地狀態(tài)息息相關(guān)。因為共模電流一般要從PCB上通過分布電容或者PCB與機(jī)殼的接地線流向機(jī)殼地,然后通過機(jī)殼與大地的分布電容或者機(jī)殼的接地線流向大地最后再回到共模電壓源,產(chǎn)品的機(jī)殼接地狀態(tài)好壞對分布電容和接地阻抗的的影響很大,這些都會影響共?;芈纷杩沟拇笮。罱K影響共模電流的大小。
我們通過兩個例子來說明產(chǎn)品接地狀態(tài)對共模電流的影響。
? 例子1如下:
現(xiàn)象:某臺設(shè)備在進(jìn)行CE102試驗時候,發(fā)現(xiàn)如下現(xiàn)象,將受試設(shè)備直接放在測試臺的金屬板上,傳導(dǎo)發(fā)射就會超標(biāo);但是如果將受試設(shè)備與金屬板之間墊上一塊絕緣物,測試結(jié)果就會合格。
產(chǎn)品的共模電壓一般以某個較大的金屬物體為參考點,當(dāng)將產(chǎn)品與金屬桌之間墊上一個絕緣物體后增加了共模電流的回路阻抗,因此減小了共模電流的大小,從而減小了產(chǎn)品的傳導(dǎo)發(fā)射。而差模傳導(dǎo)發(fā)射電流回流路徑不經(jīng)過產(chǎn)品的接地線,所以接地狀態(tài)對差模傳導(dǎo)電流沒有影響,這說明該產(chǎn)品共模濾波能力不足,經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn),電源濾波器與金屬機(jī)箱之間搭接的不好,降低了濾波器的共模濾波能力。
由于共模濾波電容的接地點是機(jī)殼地,當(dāng)濾波器與機(jī)殼的搭接效果不好時,,會降低共模濾波器的濾波效果,從而會使更多的共模電流流向LISN,從而使傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo),當(dāng)將產(chǎn)品與受試設(shè)備與金屬板之間墊上一塊絕緣物后,增加了流向LISN回路共模阻抗,從而減小改回路共模電流減小共模傳導(dǎo)發(fā)射。
? 例子2如下:
現(xiàn)象:某數(shù)控機(jī)床,發(fā)現(xiàn)當(dāng)將控制單元的金屬外殼與機(jī)床連接起來時候,控制單元便會不正常工作,而如果將控制單元與機(jī)床之間墊一個絕緣物體干擾現(xiàn)象就會消失。
圖?共模電流造成的電磁干擾
我們知道電機(jī)驅(qū)動器的IGBT開關(guān)管在PWM信號驅(qū)動下不停的通斷,從而產(chǎn)生了大的dV/dt,下圖里面脈寬調(diào)制變速電機(jī)驅(qū)動電路標(biāo)紅色的部分就是主要的大的dV/dt的干擾源,這種干擾源產(chǎn)生的共模電流會通過電纜耦合到其它模塊。因此電機(jī)驅(qū)動器是強(qiáng)的干擾源頭。
上面出現(xiàn)的現(xiàn)象說明,電機(jī)驅(qū)動器與控制單元連接的電纜上有較強(qiáng)的共模電流,導(dǎo)致控制單元受到干擾。當(dāng)將控制單元的金屬外殼與機(jī)床連接起來時候,共模電流回路阻抗較小,這時候有較強(qiáng)的共模電流流進(jìn)控制單元造成干擾;當(dāng)控制單元與機(jī)床架之間墊一個絕緣物體干擾現(xiàn)象就會消失,這是因為這個時候增加共?;芈返淖杩?,流進(jìn)控制單元共模電流減小,從而減少了干擾。
那么如何解決這個問題呢?我們應(yīng)該增加控制單元I/O端口共模濾波,增強(qiáng)其抗干擾能力,同時在源頭電機(jī)驅(qū)動器采取一些措施,降低其共模干擾。
這兩個例子似乎給我們造成一種錯覺,好像我們的金屬機(jī)殼不接地好像更好,但是實際上不是這樣的,金屬機(jī)殼與接地板的低阻抗連接對于我們雷電和靜電的防護(hù)非常重要,接地阻抗越小,能量會更好的泄放到大地,減少對耦合到產(chǎn)品內(nèi)部的能量,減少對PCB的干擾。
因此我們通過上面兩個例子認(rèn)識到共模干擾與產(chǎn)品的接地狀態(tài)有關(guān),而且接地對產(chǎn)品的電磁防護(hù)性能也至關(guān)重要,對于接地的影響,我們要從EMI和EMS兩個方面共同考慮。