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按照定义,共模传导噪声在输入或输出端的两条连接线上相位相同。一般来讲,它仅对那些和大地有连接通路的固定系统电感器生产商造成影响。在一个带有共模滤波器的典型离线式电源中(图7),共模噪声的主要来源是MOSFET。MOSFET通常是电路中的主要耗能元件,很多情况下它需要配散热器。
图7. 在这个典型的离线式电源中,共模滤波器可降低输入和输出两侧的噪声。
TO-220器件的散热片连接于MOSFET漏极,而大多数情况下,散热器会向大地传导电流。由于MOSFET与散热器电气隔离,它和大地之间具有一定的分功率电感公司布电容。随着开关的打开和关断,迅速变化的漏极电压会通过分布电容(CP1)向大地发送电流。由于交流电线和大地之间的低阻抗,这种共模电流会通过交流输入流入大地。功率电感变压器也会通过分布于隔离的初、次级贴片电感器绕组间的电容(CP2A和CP2B)传导高频电流。这样,噪声会同时传向输出端和输入端。
图7中,共模传导噪声被安置在噪声源(电源)和输入或输出之间的共模滤波器抑制。共模扼流圈(CML1和CML2)通常是在单一磁芯上按图中所示极性绕制而成。负载电流和驱动电源的入线电流都是差模电流(电流由一条线流入另一条线流出)。在这种由单一磁芯绕制的共模扼流圈中,差模电流产生的磁场互相抵消,因此可以使用较小的磁芯,因为其中的储能很小。
许多为离线式电源设计的共模扼流圈采用空间上分离的线圈绕成。这种结构增加了一定的差模电感,这有助于降低传导型差模噪声。由于磁芯同时穿过两组线圈,所以由差模电流和电感产生的磁场主要存在于空气中而非磁芯中,这会导致电磁辐射。
产生于电源所带负载的共模噪声会经由变压器中的分布电容(CP2A和CP2B),穿过电源向交流电网传播。在变压器中增加法拉第屏蔽(初、次级之间的接地层)可以降低这种噪声(图8)。屏蔽层的引入在初级和次级线圈与地之间分别形成了分布电容,这些电容将共模电流旁路到地,而不再穿过变压器。
图8. 初级和次级之间的法拉第屏蔽可以阻断通过变压器绕组间分布电容的共模噪声
正如传导噪声总是以电压或电流的形式出现,辐射噪声则是表现为电场或磁场的形式。然而,由于电磁场存在于空间而非导体中,因此也就没有差分或共模之别。电场存在于两个电位之间的空间中,磁场围绕通过空间的电流而存在。两种场可存在于一个电路中,因为电容就是以电场的形式储能而电感/变压器则以磁场的形式储存/耦合能量。
电场
由于电场存在于两个具有不同电位的表面或实体之间,因此,只需要用一个接地的防护罩将设备屏蔽起来,就可以相对容易地将设备内部产生的电场噪声限制在屏蔽罩内部。这种屏蔽措施已被广泛用于监视器、示波器、开关电源以及其它具有大幅度电压摆动的设备。另外一种通行的做法是在电路板上设置接地层。电场强度正比于表面之间的电位差,并反比于它们之间的距离。举例来讲,电场可存在于源和附近的接地层之间。这样,利用多层线路板,在电路或线条与高电位之间设置一个接地层,就可以对电场起到屏蔽作用。
不过在采用接地层时还应注意到高压线路中的容性负载。电容储能于电场中,这样,当靠近一个电容设置接地层时就在导体和地之间形成一个电容。导体上的大dV/dt信号会产生大传导电流到地,这样,在控制辐射噪声的同时却降低了传导噪声性能。
如果出现电场散射,来源最有可能位于系统中电位最高的地方。在电源和开关调节器中,应该注意开关晶体管和整流器,因为它们通常具有高电位,而且由于带有散热器,也具有比较大的表面积。表面安装器件同样存在这个问题,因为它们常常要求大面积电路板覆铜来帮助散热。这种情况下,还应注意大面积散热面和接地层或电源层之间的分布电容。
磁场
电场相对比较容易控制,但磁场就完全不同了。采用高磁导率(µ)的物质将电路封闭起来可以起到类似的屏蔽作用,但是这种方法实现起来非常困难而且昂贵。通常来讲,控制磁场散射最好的办法就是在源头将其减至最小。一般情况下,这就要求选择那些磁辐射小的电感和变压器。同样重要的还有,在进行电路板布局和连接线配置时要注意最大限度减小电流回路的尺寸,尤其是那些载有大电流的回路。大电流回路不仅向外辐射磁场,但它们还增加了导线的电感,这会在载有高频电流的线上引起电压尖刺。