3 共模和差模噪声的电路模型
通常电路中的共模干扰和差模干扰是同时存在的,共模干扰存在于电源的任意一个相线与大地之间,差模干扰存在于相线与相线之间。法国Grenoble 电技术实验室的Teuling、Schnaen 和Roudet 基于由MOSFET 构成的400W、开关频率为100KHz 的斩波电路实验模型的研究表明,低频时差模干扰占主导地位;高频时,共模干扰占主导地位,这说明开关电源的差模干扰和共模干扰对电路的影响程度是不同的;另一方面,线路寄生参数对差模干扰和共模干扰的影响也不同,由于线间阻抗与线———地阻抗不同,干扰经长距离传输后,差模分量的衰减要比共模大。因此,为了解决开关电源的传导噪声问题,需要首先区分共模和差模干扰,这就需要建立共模和差模噪声路径,然后对它们分别进行仿真和分析,这种方法便于我们找到电磁干扰问题的根源,便于问题的解决。
在工程上可以用电流探头来判断电源是共模还是差模占主导地位,探头先单独环绕每根导线,得出单根导线的感应值;然后再环绕两根导线,探测其感应情况,如果感应值是增加的,则线路中的干扰电流是共模的,反之是差模的。在理论分析中,针对不同的系统,需要分别建立它们的共模和差模噪声电流模型,在我们上述分析的基础上,综合考虑功率器件的高频模型和印制导线相互耦合关系,我们得到了半桥QRC 变换器的共模和差模干扰电路模型,它示于图3。图中的LISN(Line ImpedenceStabilizing network) 是EMC 检测规定的线性阻抗固定网络。因为对于50Hz 工频信号LISN 的电感表现为低阻抗,电容表现为高阻抗,所以对工频信号LISN 基本不衰减,电源可以经LISN 输送到半桥变换器中。而对于高频噪声,LISN 的电感表现为大阻抗,电容可以视为短路,所以LISN 阻止了高频噪声在待测设备和电网之间的传送,因此,LISN 起到了为共模和差模干扰电流在所需测量的频段(典型值为100KHz ~30MHz)提供一个固定的阻抗(50ohm)的作用。
图3 半桥QR C 变换器的噪声模型
在上图中,共模噪声电流分别从两套LISN 出发,经过电路开关器件、变压器、PCB 印制导线、副边电路,又回到LISN 形成共模噪声电流回路。差模噪声电流则在两套LISN、印制导线、开关器件、变压器之间形成回路。共模噪声和差模噪声可以分别取自两套LISN的电阻上电压的之差的一半或之和的一半。
即:
所以:
用同样的方法,可以很方便的得到其它拓扑的传导干扰电路模型。
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