EMI滤波器里的共模和差模为什么不能混着处理 - pcim展览会

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EMI滤波器加上后，某段传导噪声明显下降，另一段却几乎不动，甚至换个接地方式就出现新峰值。常见原因是把共模和差模当成同一股高频电流。差模噪声在两根电源线之间一去一回，共模噪声则让多根线相对机壳或地同向流动，再经寄生电容返回。路径不同，滤波元件看到的磁通和电压也不同。

差模噪声跟着功率回路走

开关变换器从输入电容周期性吸取脉冲电流，整流桥和母线电容也会形成非正弦充电电流。这些电流从一根电源线进入设备，再从另一根电源线返回，在线对线测量中表现明显。差模电感与跨线电容形成低通网络，让高频电流更多地在设备内部局部循环，而不是回到外部线路。

差模电流与负载功率直接相关，滤波电感要承受工作电流和直流偏磁。电感过早饱和后，增量电感下降，高频衰减会变弱。跨线电容则承受线间电压和脉冲电流。这里的重点是两根线之间的电压与电流。

共模噪声从开关节点跨过绝缘

功率器件开关节点相对地快速变化，会通过散热器、变压器绕组、绝缘基板和电缆对地电容产生位移电流。这股电流可能同时沿两根电源线向外流，再通过保护地、机壳或环境杂散电容回到开关源。对供电线而言，两根线上的噪声方向相同，因此称为共模。

共模扼流圈让两根线同时穿过同一磁芯。正常差模电流方向相反，磁通大致抵消；共模电流方向相同，磁通叠加，呈现较大阻抗。线对地的 Y 电容则为共模高频电流提供受控回路。它影响泄漏电流与绝缘安全，不能按普通旁路电容理解。

真实元件会让两种模式互相转换

理论上对称的两根线，在实际布线中往往有不同寄生电感和对地电容。共模电流经过不对称阻抗后，会在两线上形成不同电压，看起来像差模分量；差模回路的不对称也可能产生对地电压。滤波器本身的绕组电容和漏感同样会造成模式转换。

因此，共模扼流圈的漏感有时也能提供差模阻抗，Y 电容的不对称则可能改变差模测量。说一个元件“属于共模”或“属于差模”，描述的是主要用途，不表示它在所有频率上只影响一种模式。

高频下，滤波器可能被自身寄生参数绕过

电感存在绕组电容，电容存在引线电感。频率升高后，电感可能通过绕组电容泄漏噪声，电容也不再呈理想低阻抗。输入与输出走线靠得太近，还会直接电容耦合，绕开整个滤波网络。元件在原理图上的级数没有变化，物理摆放却会改变高频效果。

测量端的参考方式也会改变结果。线对线电压更敏感于差模分量，线对机壳测量会带入共模分量；电流探头同时夹住两根线时，理想差模电流互相抵消，剩余量更接近共模电流。探头位置、接地连接和阻抗网络必须保持一致，频谱之间才有可比性。

EMI滤波器不能把共模与差模混着处理，是因为二者的源、回路与元件工作方式不同。把线间功率脉冲与对地位移电流分开，再考虑不对称和寄生耦合，滤波器每个元件的作用才会清楚。

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    文章来源：PCIM电力元件可再生能源管理展

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