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标题: 共模轉差模 [打印本页]

作者: mic29 时间: 2013-7-17 22:04
标题: 共模轉差模
提個困擾我很久的問題，請諸位高手指教！
常常看到這樣一個說法，如果線線間不平衡，SURGE與EFT等共模信號就會轉差模
但我怎麼想都想不懂原理為何，請指教！

舉例，電源線L與N上有共模訊號由市電往EUT方向前進，但由於L與N的阻抗不對稱，假設在L上的共模信號就會經由LN之間的分佈電容或EUT轉到N上並流回市電，也就轉變為差模信號

我貧乏的腦袋只能假設出如此情景，使共模信號轉變為差模信號
但問題在於，我的假設是不可能存在的
L上的共模信號在經由分佈電容而轉到N上後，只會繼續前進再經由分佈電容下地，沒道理會直接轉向回到市電，也就是路徑改變但方向沒變，所以還是共模信號
如果會直接轉向回市電成差模信號，一開始共模信號就沒理由進入EUT了

求高手指教！

作者: 桃花岛主 时间: 2013-7-17 23:14
你理解的不对；
如下图：
(, 下载次数: 158)

上图中Z1和Z2是线缆阻抗，C1和C2是线对地分布电容，ZL是负载阻抗；对于不平衡电路，Z1和Z2是不相等的，那么，相同大小共模电流流过时，将在A点和B点产生不同的电位，那么，A点和B点的电位差就是共模转化的差模电压源，这个电压源就在驱动和负载的这个环路中存在，就是说，这个差模电压源是加在负载端的。

作者: sarenbarci 时间: 2013-7-18 09:38
我认为这个差模跟我们理解的市电（如220V）输入的差模是由区别的。

市电（220V）输出，电流从L线（或N线）进，然后从N线（或L线）出，

而这里的差模电流仅仅是是从A点到B点，再通过C1到地返回源端。

作者: mic29 时间: 2013-7-18 12:21
感謝SAREN

但差模的一般定義是電流方向相反，且不流經地
而共模的一般定義是電流方向相同，且會流經地

作者: mic29 时间: 2013-7-18 17:31

桃花岛主发表于 2013-7-17 23:14
你理解的不对；
如下图：

感謝島主回覆

島主的說法我有想過，但被我自己否決
因為EFT, SURGE等測試都是規定以相同強度的電位加在兩條線上而各自產生共模電流，而不是加相同強度的電流在兩條線上，所以應該不能用相同大小的電流來假設負載端電位差的產生
以相同電位來看，阻抗小的線纜產生較大的共模電流，阻抗大的線纜就產生較小的共模電流，因而在負載兩端的電位應該是接近（甚至相等）的，也就不會有差模電壓產生

個人淺見，請指教！

作者: stevenkay 时间: 2013-7-18 18:38
推导请见附件。

就一个运放而言，如果输入端阻抗失陪，共模电压在两路上的压降是不同的（需要考虑到运放自己的输入阻抗），于是产生了差模输入。

作者: mic29 时间: 2013-7-19 12:26
感謝STEVEN回覆，看來是和島主相同的說法，但我腦筋還是轉不過來，我放了一些數值到STEVEN的圖上，再請各位出手幫我引導一下！

我將R3、R4由輸入阻抗改假設為線路阻抗，且由原本平衡的1K/1K, 改為不平衡的1K/2K, 並給V2值為30V
計算 Ud = A-B = （30-30＊1K/3K）- （30-30＊1K/2K）= 20 - 15 = 5V
所以會出現一個差模電流強度為5V/(1+1+1+2)K=1mA, 然後沿著A-R5-R6-B-R4-R3-A的LOOP流動

島主與STEVEN是這個意思嗎？

作者: stevenkay 时间: 2013-7-19 18:51

mic29 发表于 2013-7-19 12:26
感謝STEVEN回覆，看來是和島主相同的說法，但我腦筋還是轉不過來，我放了一些數值到STEVEN的圖上，再請各位 ...

我觉得你这样理解是对的，因为计算出了差模电压就可以等效成一个电压元，然后单独分析。你这个例子里CMMR=dB(30/5)=15.56dB

作者: walterP 时间: 2013-7-19 20:10

stevenkay 发表于 2013-7-18 18:38
推导请见附件。

就一个运放而言，如果输入端阻抗失陪，共模电压在两路上的压降是不同的（需要考虑到运放 ...

这个电路是解释由于阻抗失配引起的电压差变化，貌似不能用来解释不平衡线的共模转换差模的原因，按照图中电路，只要每根线匹配良好，就不会出现电压差了，而非平衡线是肯定会有共模转差模的。

共模干扰也分为两种，一种是磁场感应的电流，这个岛主已经画图解释过了。
还一种就是共模电压，在每根线阻抗匹配好的前提下，如果是低频电压，我觉得转换的很少，如果是直流电压就不会转换了。
如果是高频电压，这个我也没太搞清楚，说说我的猜想：这个是会随着线进行衰减的，若是非平衡线阻抗不同，衰减幅度也不相同，共模应该就会转换成差模了。（这个直觉传输线理论应该可以解释，有兴趣可以去翻翻微波理论的书，我是没怎么搞透，现在看到就头疼）

作者: mic29 时间: 2013-7-20 01:37
感謝STEVEN的熱心解說，但我比較傾向WalterP的說法，因為我有兩個問題不解

1. 為何差模電流是沿著A-R5-R6-B-R4-R3-A的LOOP流動，而不是反過來由A-R3-R4-B-R6-R5-A的LOOP流動？
也就是說這個差模電流的流向該如何決定？

2. 回到基本電學，請問V2輸出多少電流？A與B分別流經多少電流？
答案是30V/(1+1)//(1+2)k=25mA
然後可再算出A路徑有25x3/(2+3)=15mA，於是B路徑就是10mA
至此計算結束
不會有那個學生再繼續計算1mA的差模電流，而讓答案變成16/9mA或14/11mA
舉這麼複雜的例子是想說，我同意AB之間一定有壓差，但我真的不認為這樣就會形成電壓源而產生差模電流
有電壓差不代表就是一個電壓源，我可以再舉一個簡單的例子來證明
一顆電路中的1歐姆電阻因流經1安培電流而產生1V的跨壓，此時電阻兩端有1V的電壓差，但沒有人會認為這顆電阻等效為1個1V的電壓源

再提一個簡單的定律佐證
若這個差模電流真實存在，請問其能量來源為何？
此電路中唯一的能量供應元件為V2，而其輸出25mA已是確定的事，不是共模25+差模1=26mA或任何其他值，且25mA以共模形式分配在A路徑15mA與B路徑10mA，依照能量守恆定律，留下25-15-10=0mA為差模電流，由於差模電流為0mA，所以可證明為不存在

若有冒犯，我真的很抱歉，但請各位高手再指導一下，免得我一直想不通

作者: stevenkay 时间: 2013-7-20 01:53

walterP 发表于 2013-7-19 20:10
这个电路是解释由于阻抗失配引起的电压差变化，貌似不能用来解释不平衡线的共模转换差模的原因，按照图中 ...

考虑高频非平衡线的情况我的理解是这样的：准静态场可以用传输线理论求解，但是如果频率甚高以至感应延迟不可忽略，那么只有用全波法求解。
下面是我推的一个模型，不失一般用两根铜线代表信号和回路，共地用理想导体面构成一个3导体系统。通过求解转移阻抗可以求出CMMR.

在这个例子里如果信号线尺寸不是对称就会造成差模电压。不过为了简单起见模型是对称的，所以算出Ud应为0。我觉得用这个模型可以解释FTB和传导干扰，也可以适用传导发射。对于辐射干扰情况，需要把sigal,0v和gnd一起作为一个结构求出等效模型，然后加载在原有的t网络上。如有兴趣我们可以再讨论。

请指教

作者: mic29 时间: 2013-7-20 21:40
WOW! 約克大學

我沒讀過大學，實在看不懂，幸好是寫給WalterP 看的

作者: walterP 时间: 2013-7-20 22:59
传输线没学好，看了好半天。
首先你是设置了双线和参考平面的模型，然后用线的基本参数求出其特性阻抗，建立集总参数模型。
最后算出CMMR表达式与频率无关。
在讨论这个问题之前，先请教一个问题：我其实有个概念一直都不是很清晰，那就是非平衡线的具体概念，具有什么样特征的线对是非平衡线，能不能帮忙现实中举例说明一下，谢谢！

作者: stevenkay 时间: 2013-7-21 00:45

walterP 发表于 2013-7-20 22:59
传输线没学好，看了好半天。
首先你是设置了双线和参考平面的模型，然后用线的基本参数求出其特性阻抗，建 ...

对不起，上面的例子算得一个平衡线，举出来说明一种方法。非平衡结构例如微带线，电流返回路径不是约束在一根具体导体上而是根据静场分布在一块导体面上。频率越高，返回路径约束就越强。

如果用路的方法分析共模问题要考虑到共地这个结构，那么返回路径需要等效成一个导体。在这种情况下sig,0v是两个非对称导体了。应用到上述模型，设置半径（电力线密度决定0v等效导体的尺寸），高度不同，那么该模型就可以用来求解非平衡线的问题。

作者: walterP 时间: 2013-7-22 09:28

stevenkay 发表于 2013-7-21 00:45
对不起，上面的例子算得一个平衡线，举出来说明一种方法。非平衡结构例如微带线，电流返回路径不是约束在 ...

也就是说双线阻抗不同是非平衡线的一种，那你上面的分析，如果是对于不同半径的两根线，其特性阻抗中的电阻是不同的，在你的特性阻抗的表达式中的电抗部分是和频率有关的，这个对结果的影响是在哪一步消除的？

其实就电路板而言，我们施加的共模浪涌波形（同时在几根线上）转化为差模的可能性应该不大。主要是对于很长的线缆，电压在上面都会有所损耗，现实中的双线都可以等效为有损传输线模型，不同特性的线缆对高频电压的衰减都不相同，这个具体的理论支持我要先去看看书，都忘了

作者: walterP 时间: 2013-7-22 12:04

stevenkay 发表于 2013-7-21 00:45
对不起，上面的例子算得一个平衡线，举出来说明一种方法。非平衡结构例如微带线，电流返回路径不是约束在 ...

steven, York大学有EMC专业吗，还是相关专业,那边的奖学金机制怎么样?

作者: stevenkay 时间: 2013-7-22 16:59

walterP 发表于 2013-7-22 09:28
也就是说双线阻抗不同是非平衡线的一种，那你上面的分析，如果是对于不同半径的两根线，其特性阻抗中的电 ...

Zo=sqrt((Rssi+j*omega*L)/(G+j*omega*C)), 在这里我们忽略的导纳G（只有在考虑大导体比如铁轨这个才有显著影响），如果自身电阻Rssi也不计，传输线是无耗的，特性阻抗与频率无关（上式中频率销掉了）。

作者: mic29 时间: 2013-7-26 14:54
有人可以解答嗎？

還是我太固執了？

作者: 往北 时间: 2013-9-3 22:12
我是这么想的
比如，在EUT的L对地之间加入共模干扰（脉冲群啊浪涌啊传导抗扰度啊），如果L、N、PE距离较近，L和N间会有耦合情况发生。这时因为L和N之间是有差模电压的，有电压，有回路，就会产生差模电流了。
上面那些回复我大多没看懂 - -！

作者: 369012 时间: 2014-7-29 23:52
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作者: yyma 时间: 2016-2-22 22:57

mic29 发表于 2013-7-19 12:26
感謝STEVEN回覆，看來是和島主相同的說法，但我腦筋還是轉不過來，我放了一些數值到STEVEN的圖上，再請各位 ...

首先，你这个计算差模电流的不对，应该是5/(1k+1k)=2.5mA，因为A-B左边部分可以等效为因不平衡所形成“差模源”

不妨按差、共模最基本概念去了解： ic=(i1+i2)/2；id=(i1-i2)/2，注意i1 i2为 A、B电流（同向），于是i1=15mA，i2=10mA时，id=2.5mA。

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