从三回路模型看开关电源共模干扰的解决之道

开关电源共模电流模型可以用下面三个回路来简单说明。在开关管共模电压的驱动下，形成输入回路、输出回路和输入-输出大回路。从传导发射的角度来说，我们希望减少输入回路和输入-输出大回路的共模电流，从辐射发射角度来说，我们一方面希望减小共模电流，另一方面要减小各个回路面积。

另一方面，共模电流大小与产品的接地状态息息相关。因为共模电流一般要从PCB上通过分布电容或者PCB与机壳的接地线流向机壳地，然后通过机壳与大地的分布电容或者机壳的接地线流向大地最后再回到共模电压源，产品的机壳接地状态好坏对分布电容和接地阻抗的的影响很大，这些都会影响共模回路阻抗的大小，最终影响共模电流的大小。

我们通过两个例子来说明产品接地状态对共模电流的影响。

  例子1如下：

现象：某台设备在进行CE102试验时候，发现如下现象，将受试设备直接放在测试台的金属板上，传导发射就会超标；但是如果将受试设备与金属板之间垫上一块绝缘物，测试结果就会合格。

产品的共模电压一般以某个较大的金属物体为参考点，当将产品与金属桌之间垫上一个绝缘物体后增加了共模电流的回路阻抗，因此减小了共模电流的大小，从而减小了产品的传导发射。而差模传导发射电流回流路径不经过产品的接地线，所以接地状态对差模传导电流没有影响，这说明该产品共模滤波能力不足，经检查发现，电源滤波器与金属机箱之间搭接的不好，降低了滤波器的共模滤波能力。

由于共模滤波电容的接地点是机壳地，当滤波器与机壳的搭接效果不好时，，会降低共模滤波器的滤波效果，从而会使更多的共模电流流向LISN，从而使传导发射超标，当将产品与受试设备与金属板之间垫上一块绝缘物后，增加了流向LISN回路共模阻抗，从而减小改回路共模电流减小共模传导发射。

  例子2如下：

现象：某数控机床，发现当将控制单元的金属外壳与机床连接起来时候，控制单元便会不正常工作，而如果将控制单元与机床之间垫一个绝缘物体干扰现象就会消失。

图 共模电流造成的电磁干扰

我们知道电机驱动器的IGBT开关管在PWM信号驱动下不停的通断，从而产生了大的dV/dt，下图里面脉宽调制变速电机驱动电路标红色的部分就是主要的大的dV/dt的干扰源，这种干扰源产生的共模电流会通过电缆耦合到其它模块。因此电机驱动器是强的干扰源头。

上面出现的现象说明，电机驱动器与控制单元连接的电缆上有较强的共模电流，导致控制单元受到干扰。当将控制单元的金属外壳与机床连接起来时候，共模电流回路阻抗较小，这时候有较强的共模电流流进控制单元造成干扰；当控制单元与机床架之间垫一个绝缘物体干扰现象就会消失，这是因为这个时候增加共模回路的阻抗，流进控制单元共模电流减小，从而减少了干扰。

那么如何解决这个问题呢？我们应该增加控制单元I/O端口共模滤波，增强其抗干扰能力，同时在源头电机驱动器采取一些措施，降低其共模干扰。

这两个例子似乎给我们造成一种错觉，好像我们的金属机壳不接地好像更好，但是实际上不是这样的，金属机壳与接地板的低阻抗连接对于我们雷电和静电的防护非常重要，接地阻抗越小，能量会更好的泄放到大地，减少对耦合到产品内部的能量，减少对PCB的干扰。

因此我们通过上面两个例子认识到共模干扰与产品的接地状态有关，而且接地对产品的电磁防护性能也至关重要，对于接地的影响，我们要从EMI和EMS两个方面共同考虑。

审核编辑：黄飞