電磁兼容中共模干擾和差模干擾的產(chǎn)生原因

電磁兼容（EMC）是電子設(shè)備或系統(tǒng)在預(yù)期的電磁環(huán)境中能夠按照設(shè)計(jì)要求正常工作的能力。在電磁兼容的研究中，共模干擾和差模干擾是兩個(gè)重要的概念。以下是對(duì)這兩種干擾產(chǎn)生原因的詳細(xì)分析。

一、共模干擾的產(chǎn)生

共模干擾，又稱為接地干擾或不對(duì)稱干擾，是指在電路系統(tǒng)中，任何載流導(dǎo)體與參考地（大地或機(jī)殼等）之間不希望有的電位差。這種干擾通常會(huì)在導(dǎo)線與地（機(jī)殼）之間傳輸，其特點(diǎn)是電流大小不一定相等，但方向（相位）相同。共模干擾的產(chǎn)生原因主要有以下幾個(gè)方面：

1. 電網(wǎng)串入共模干擾電壓 ：當(dāng)電網(wǎng)中存在不平衡的電壓或電流時(shí)，這些不平衡的電氣量會(huì)在電網(wǎng)的導(dǎo)線與地之間產(chǎn)生電位差，從而形成共模干擾電壓。這種干擾電壓會(huì)沿著電網(wǎng)的導(dǎo)線傳輸，對(duì)電網(wǎng)中的設(shè)備產(chǎn)生干擾。
2. 輻射干擾的感應(yīng) ：雷電、設(shè)備電弧、附近電臺(tái)或其他大功率輻射源等會(huì)在信號(hào)線上感應(yīng)出共模干擾。這些輻射源產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)會(huì)在信號(hào)線上產(chǎn)生交變的電流，由于地線-零線回路面積與地線-火線回路面積不相同，兩個(gè)回路阻抗不同等原因，造成電流大小不同，從而形成共模干擾。
3. 接地電壓不一樣 ：當(dāng)設(shè)備內(nèi)部的線路或外部電路的地電位存在差異時(shí)，會(huì)在這些電路與地之間產(chǎn)生電位差，從而形成共模干擾。這種干擾通常是由于接地不良或接地系統(tǒng)不完善導(dǎo)致的。
4. 設(shè)備內(nèi)部的線路對(duì)電源線造成的共模干擾 ：在設(shè)備內(nèi)部，由于電路走線兩端的器件所接的地電位不同，或者器件上的電路走線與大地之間有電位差，都會(huì)產(chǎn)生共模干擾電流。這些電流會(huì)在設(shè)備內(nèi)部形成電磁輻射，對(duì)設(shè)備內(nèi)部的元器件產(chǎn)生電磁干擾。

二、差模干擾的產(chǎn)生

差模干擾，又稱為對(duì)稱干擾或線間干擾，是指在電路系統(tǒng)中，任何兩個(gè)載流導(dǎo)體之間不希望有的電位差。這種干擾通常會(huì)在兩導(dǎo)線之間傳輸，其特點(diǎn)是電流大小相等，方向（相位）相反。差模干擾的產(chǎn)生原因主要有以下幾個(gè)方面：

1. 外部電磁場(chǎng)的干擾 ：當(dāng)電路處于強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境中時(shí)，外部電磁場(chǎng)會(huì)對(duì)電路產(chǎn)生干擾。這種干擾會(huì)在電路中的兩個(gè)載流導(dǎo)體之間產(chǎn)生電位差，從而形成差模干擾。例如，在高壓線附近或強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境中工作的電子設(shè)備，容易受到外部電磁場(chǎng)的干擾。
2. 電源波動(dòng)的干擾 ：電源波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致電路中的電壓發(fā)生變化。當(dāng)這種變化以差模形式出現(xiàn)時(shí)，就會(huì)對(duì)電路中的信號(hào)產(chǎn)生干擾。例如，在交流電源中存在諧波或噪聲時(shí)，這些諧波或噪聲會(huì)以差模干擾的形式進(jìn)入電路。
3. 地線噪聲的干擾 ：地線噪聲是由于地線不完善、接地不良等原因引起的。當(dāng)?shù)鼐€中存在噪聲時(shí)，這些噪聲會(huì)以差模干擾的形式進(jìn)入電路。例如，在接地系統(tǒng)不完善或接地電阻過大的情況下，地線中的噪聲會(huì)干擾電路中的信號(hào)。
4. 電路走線分布電容和電感的影響 ：在電路走線中，由于分布電容和電感的存在，信號(hào)在傳輸過程中會(huì)產(chǎn)生衰減和相位變化。當(dāng)這種衰減和相位變化以差模形式出現(xiàn)時(shí)，就會(huì)對(duì)電路中的信號(hào)產(chǎn)生干擾。此外，信號(hào)走線阻抗不連續(xù)以及信號(hào)回流路徑流過了意料之外的通路等，也會(huì)導(dǎo)致差模干擾的產(chǎn)生。

三、共模干擾與差模干擾的相互影響與轉(zhuǎn)換

在電路系統(tǒng)中，共模干擾和差模干擾并不是孤立存在的。它們之間可以相互影響和轉(zhuǎn)換。例如，當(dāng)電路不平衡時(shí)，共模干擾電流會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅８蓴_電流。這種轉(zhuǎn)換會(huì)對(duì)電路產(chǎn)生更大的干擾影響。另外，由于走線的分布電容、電感等因素的影響，差模電流也可能會(huì)轉(zhuǎn)換成共模電流。

四、共模干擾與差模干擾的抑制方法

為了抑制共模干擾和差模干擾對(duì)電路系統(tǒng)的影響，可以采取以下措施：

1. 完善接地系統(tǒng) ：通過完善接地系統(tǒng)、使用共模扼流圈等措施，可以有效地抑制共模干擾。同時(shí)，還可以降低地線阻抗和減少地線中的噪聲干擾。
2. 屏蔽與隔離 ：通過屏蔽電纜、屏蔽機(jī)箱等措施，可以有效地減少共模干擾和差模干擾的傳播。此外，還可以使用隔離變壓器、光耦等隔離元件來抑制干擾信號(hào)的傳播。
3. 濾波與去耦 ：在電路中加入濾波器可以抑制干擾信號(hào)的傳播。對(duì)于共模干擾，可以使用共模電感或共模電容來抑制；對(duì)于差模干擾，可以使用差模電感或差模電容來抑制。此外，還可以使用去耦電容來消除電路中的高頻噪聲干擾。
4. 優(yōu)化電路設(shè)計(jì) ：在電路設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量采用平衡電路和差分電路來減少共模干擾和差模干擾的產(chǎn)生。同時(shí)，還應(yīng)注意電路走線的布局和阻抗匹配等問題，以降低干擾信號(hào)的傳播和轉(zhuǎn)換。

綜上所述，共模干擾和差模干擾是電磁兼容領(lǐng)域中的兩個(gè)重要概念。它們產(chǎn)生的原因復(fù)雜多樣，對(duì)電路系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，在設(shè)計(jì)和制造電子設(shè)備時(shí)，應(yīng)充分考慮電磁兼容性問題，采取有效的抑制措施來降低干擾信號(hào)的影響。