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（新）EMI共模电流的产生机理 PAGE PAGE 1 EMI共模电流的产生机理 EMI共模电流产生的EMC问题也称为共模骚扰，现有标准所考虑的EMI共模电流频率主要集中在150kHz～1GHz之间（频率1GHz以上的要求已在现有的EMC标准中体现），其中150kHz～30MHz频率范围内对应的测试项目是传导骚扰测试，包括信号线的传导骚扰测试和电源线的传导骚扰测试，其中信号线上传导骚扰最主要的测试工具是电流探头。图2.60为信号线传导骚扰测试配置图。可见，信号线上在频率150kHz～30MHz之间的传导骚扰测量的实质就是评估信号线上的共模电流大小。 图2.60 信号线传导骚扰测试配置图 AE—辅助设备；EUT—被测设备；1—到（水平或垂直）参考接地板的距离；2—到参考接地板的距离（不作严格要求） 电源线的传导骚扰包含差模部分和共模部分。图2.61为LISN内部原理图。 图2.61 LISN内部原理图 图2.61（a）是电源接口传导骚扰测试时，被测设备（EUT）、线性阻抗稳定网络（LISN）、接收机（Reciever）之间的连接关系。图2.61（b）中箭头线表示传导骚扰的电流，它在50Ω电阻上产生的压降就是所测量到的传导骚扰电压结果，图2.61（b）中左图是差模传导骚扰电流流过LISN的原理图，右图是共模传导骚扰电流路过LISN的原理图。实践证明，引起电源接口传导骚扰问题的主要原因是共模传导骚扰，可见对于电源接口的传导骚扰的测试本质是评估流过LISN的共模电流大小。 30MHz～1GHz频段范围内对应的测试项目是辐射发射测试。产品的辐射发射通常有两种情况：一种是设备内部工作电路形成的环路产生的辐射，其辐射形成的主要原因是差模电流；一种是设备的连接线、电缆，较长的PCB中的导体作为天线辐射电磁能量的载体，其辐射形成的主要原因是共模电流。其中后者引起的辐射是产品引起EMI辐射的主要原因，本章将主要讨论产生这些共模电流的原因。 2.7.1 传导骚扰与共模电流分析 1.电源接口上的传导骚扰与共模电流 对开关电源来说，开关电路产生的电磁骚扰是开关电源的主要骚扰源之一。开关电路是开关电源的核心，主要由开关管、高频变压器、储能电容等元器件组成。它产生的du/dt具有较大的幅度，频带较宽且谐波丰富。开关电源骚扰传递示意如图2.62所示。 图中，1、3、4都为共模骚扰电流传输路径，它是dv/dt由载流导体与参考地之间的电位差产生的，是开关电源的主要骚扰。这种dv/dt脉冲骚扰主要是由高频变压器的初级线圈引起的。在开关管导通瞬间，初级线圈产生很大的电流，并在初级线圈的两端出现较高的浪涌尖峰电压；在开关管断开瞬间，由于初级线圈之间的寄生电容，致使一部分能量没有从初级线圈传输到次级线圈，同时，这种骚扰信号也会通过集电极上的散热器、次级线圈电路与参考地之间的寄生电容传递到LISN。图2.63是共模传导骚扰测量的原理图。 图2.62 开关电源骚扰传递示意图 图2.63 共模传导骚扰测量的原理图 图2.63的等效电路如图2.64所示。 图2.64 图2.63的等效电路 2.信号电缆上的传导骚扰与共模电流 信号电缆上的传导骚扰产生的原理与辐射发射产生的原理一样，只是频段不同，参见2.7.2节。 2.7.2 辐射发射与共模电流分析 1.电源线上的辐射发射与共模电流 电源线上的辐射产生的原理与电源接口上共模传导骚扰产生的原理一样，只是频段不同，参见2.7.1节。 2.信号、I/O等电缆的辐射发射与共模电流 在辐射发射测试中，经常会发现一种现象：当设备加上I/O线、控制线等电缆以后，产品的辐射发射值就会变大，即使电缆终端没有加负载也是如此。产生这种现象的原因是电缆变成了天线，它向外辐射着电磁能量，下面对这种辐射的机理进行分析。 共模电流产生的辐射根据驱动模式大致可分为三种：电流驱动模式、电压驱动模式、磁耦合驱动模式。 1）电流驱动模式 差模电流（通常是电路中的正常工作信号的电流）信号传送回流产生的压降驱动产生的共模电流是电流驱动模式共模电流辐射的基本驱动模式。图2.65是电流驱动模式辐射原理示意图。图2.65（a）中UDM是差模电压源，设备内部有很多这样的源，例如各种时钟信号电路、PWM电路等，ZL为回路负载，IDM为回路负载的差模电流，该电流流过AB两点间的回流地（例如印制板的地线），回到差模源。如AB间存在一定的阻抗Z（如平面不完整、AB间用连接器互连等引起的寄生电感LP），则AB间阻抗Z上产生压降为： 图2.65 电流驱动模式辐射原理示意图 这里UCM就是产生共模辐射的驱动源。要产生辐射，除源以外还必须有天线。这里的天线是由图2.65（a）中B点向右看的地线部分和外接电缆。其组成的辐射系统的等效电路如图2.65（b）所示，这实际上是一副不对称振子