EMV-Rauschen im Gleichtaktmodus und im Differenzmodus
Die Techniker von EMC müssen zwischen Gleichtakt- und Gegentaktgeräuschen unterscheiden, um den richtigen Filteransatz auszuwählen. Gleichtaktgeräusche werden auf beiden Stromleitern in die gleiche Richtung übertragen; Gegentaktstörungen fließen in entgegengesetzte Richtungen (wie das Signal). Für jeden Modus ist eine andere Filtertopologie erforderlich — eine Gleichtaktdrossel für CM-Störungen, ein Kondensator für DM-Störungen.
Gleichtaktgeräusch (CM)
Gleichtaktrauschen tritt auf beiden Leitern im Verhältnis zur Erde als gleichphasiges Rauschen mit gleicher Amplitude auf. Sowohl L als auch N (oder beide Signalleitungen) übertragen dasselbe Störsignal. CM-Rauschen ist häufig die vorherrschende EMV-Fehlerquelle, da es leicht an Kabel angebunden wird, die als Antennen dienen.
Advantages
- Identifizierbar mit einer CM-Stromsonde an beiden Leitern
- Effektiv gefiltert durch eine Gleichtaktdrossel (CMC)
- Y-Kondensatoren (Line-to-Ground) dämpfen CM-Rauschen
Disadvantages
- CM-Geräusche erfordern eine Bodenreferenz — bei schwimmenden Stromkreisen kann es zu erheblichen CM-Problemen kommen
- Lange Kabel dienen als CM-Antennen — mehr als 30 dBm CM-Strom können zu FCC-Ausfällen führen
- Die Rückströme der Schaltversorgung sind hauptsächlich CM
When to use
Reduzieren Sie das CM-Rauschen, wenn FCC/CE-gestrahlte oder leitungsgebundene Emissionen ausfallen, insbesondere bei Oberschwingungen der Schaltfrequenz. Verwenden Sie eine CM-Drossel als erste Lösung für leitungsgeführte Emissionen.
Rauschen im Differenzmodus (DM)
Differenzmodusrauschen tritt als Geräusch mit entgegengesetzter Polarität zwischen den beiden Leitern auf — wie ein unerwünschtes Signal. Der Schaltrippelstrom (der Induktor-Rippelstrom in einem Abwärtswandler) ist hauptsächlich DM. DM-Lärm ist die Hauptquelle für leitungsgebundene Emissionen bei niedrigeren Frequenzen.
Advantages
- Gefiltert durch Kondensatoren auf der ganzen Leitung (X-Kondensatoren in Wechselstromsystemen)
- Serieninduktoren in jedem Leiter dämpfen das DM-Geräusch
- Einfacher zu modellieren und zu berechnen als CM-Rauschen
Disadvantages
- DM-Filterkondensatoren sind durch Sicherheitsanforderungen an Leckströme (Wechselstromnetz) begrenzt
- Bei hohen Frequenzen begrenzt die parasitäre Induktivität von DM-Kondensatoren die Dämpfung
- DM-Drosseln sind aufgrund der Anforderungen an die Flussunterdrückung weniger wirksam als CM-Drosseln
When to use
Beheben Sie DM-Geräusche, wenn leitungsgebundene Emissionen bei der grundlegenden Schaltfrequenz und Oberschwingungen niedriger Ordnung ausfallen. Verwenden Sie X-Kondensatoren und differentielle Induktoren.
Key Differences
- ▸CM-Rauschen: Beide Leiter übertragen gleichphasiges Rauschen (relativ zur Erde); DM: Leiter übertragen gegenphasiges Rauschen
- ▸CM-Drossel (bifilar gewickelt) blockiert CM, leitet aber DM-Strom durch — keine Auswirkung auf das Differenzsignal
- ▸X-Kondensatoren (über die Leitung) filtern DM; Y-Kondensatoren (Leitung-Erde) filtern CM
- ▸Schalt-Rippelstrom = DM; Kabelstrahlung von Schaltoberschwingungen = normalerweise CM
- ▸Bei Ausfällen der abgestrahlten Emissionen nach FCC Part 15B handelt es sich häufig um CM-Geräusche, die auf Kabel zurückzuführen sind, die als Antennen dienen.
Summary
Das Gegentaktgeräusch dominiert typischerweise bei der Schaltfrequenz und niedrigen Oberschwingungen; Gleichtaktgeräusche dominieren bei höheren Frequenzen und treiben die Strahlungsemissionen an. Ein vollständiger EMI-Filter eignet sich sowohl für X-Kondensatoren als auch für DM-Induktoren für leitungsgebundene DM, CM-Drossel und Y-Kondensatoren für CM. Stellen Sie mit einer Stromsonde fest, welcher Modus den Ausfall verursacht, bevor Sie Komponenten hinzufügen.
Frequently Asked Questions
Wie messe ich Gleichtakt- und Gegentaktrauschen?
Verwenden Sie eine Stromsonde (Clamp-On), die beide Leiter zusammen umschließt, um den CM-Strom zu messen (CM fließt auf beiden Drähten auf die gleiche Weise, also addieren sie sich). Fügen Sie nur einen Leiter ein, um DM zu messen. Verwenden Sie alternativ eine LISN und messen Sie mit einem Spektrumanalysator unter Verwendung eines CM/DM-Trennnetzes.
Was ist eine Gleichtaktdrossel?
Eine Gleichtaktdrossel ist eine bifilare Wicklung auf einem Ferrit-Toroid. Signal-/Leistungsströme (DM) fließen in entgegengesetzte Richtungen, wodurch der Fluss aufgehoben wird. Daher weist die Drossel für DM eine Induktivität von nahezu Null auf. CM-Ströme fließen in dieselbe Richtung, wodurch der Fluss erhöht wird, sodass die Drossel dem CM-Rauschen eine hohe Impedanz entgegensetzt.
Warum sind Y-Kondensatoren sicherheitszertifiziert?
Y-Kondensatoren verbinden die Leitung mit der Erde (Schutzerde). Ein Ausfall eines Y-Kondensators darf keine Schockgefahr darstellen. Daher sind sie für Netzspannungen mit einem Sicherheitsabstand ausgelegt. IEC-Y1-Kondensatoren sind für bis zu 500 V AC ausgelegt, Y2-Kondensatoren für bis zu 300 V AC. Zur Begrenzung des Leckstroms liegen die Werte in der Regel bei 2,2—10 nF.
Hilft die Abschirmung bei Gleichtaktgeräuschen?
Abgeschirmte Kabel mit geerdeten Abschirmungen reduzieren das CM-Rauschen, indem sie einen niederohmigen Rückweg für CM-Ströme bieten. Die Abschirmung fängt CM-Geräusche ab und leitet sie in der Nähe der Quelle an die Erde zurück, sodass sie nicht abgestrahlt werden. Bei Niederfrequenz-CM-Abschirmung muss die Abschirmung an beiden Enden geerdet sein, bei hochfrequenter Abschirmung mindestens an einem Ende.