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未解决

请教 悬浮地系统的共模电源噪声抑制问题

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chenxianzju
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本网技工
  • 2016-8-19 19:07:24
10问答币
小弟大学研究生一枚,在使用开关电源时遇到了比较棘手的共模噪声干扰问题,特来请教各位前辈:

所有开关电源的输出都有共模噪声和差模噪声,对于差模噪声,通过合理设计LC滤波器就可以达到理想的滤波效果;但是对于共模噪声,一般设计的共模滤波器是这个样子的:

共模滤波器

共模滤波器


其中起到关键滤波作用的是共模电感LCM和接地电容CY,简单来说,就是对于共模噪声,由电路到大地之间形成一个回路,LCM对共模信号有高阻抗,CY对共模信号具有低阻抗,二者分压之后绝大部分共模信号被抑制,经共模滤波器后输出的共模噪声极小。

这种滤波器效果确实不错,但是并不适用于我的系统,原因就在于我的系统是用在飞机上的,系统中只有悬浮地,没有办法在高空找到一个像大地一样绝对静止的地线,所以CY部分的接地电容电路等于是没有办法发挥作用的。这就要求我重新找到一种悬浮地系统的共模电源噪声滤波方法。

下面穿插一段,简单说明我为什么要滤除共模噪声:
我的系统对供电噪声要求极高,希望能够压到1mv以内,因此我对开关电源的输出噪声进行滤波,在开关电源的使用过程中我发现,开关电源的噪声压到一定程度就再也压不下去了,我采用了包括设计LC滤波器以及加一级LDO电源等各种方法,发现噪声大小始终不变,稳定在10mV左右。进一步研究后我认为,这部分以差模方式表现出来的10mV噪声,其实是电源共模噪声在系统供电输入端转化来的,由于系统正负端电路不对称,共模信号在这里就可以转换为差模信号,而LC电路和LDO只对于差模噪声有抑制作用,对于这种供电系统的共模输出没有效果,这种无法滤除的共模信号经过各种差模滤波器后,在滤波器输出端再次转变为10mV的差模信号,因此也就出现了最后的“永远无法虑掉”的这10mV差模噪声。

在小弟我看来,对于一个悬浮地的系统,如果想抑制这种电源输出的共模噪声,就只有LCM也就是共模电感尚有一些作用,但是作用也比较有限,原因是:正如我之前所说的,一个能够接地的共模信号滤波器正常工作的结构有两个,一个是共模阻抗较大的LCM共模电感,另一个是共模阻抗极小的CY接地电路,这两个电路分压可以使输出的共模噪声极大降低。但是对于一个悬浮地的系统,无法构建CY接地电路,因此仅仅是LCM共模电感的共模阻抗和“被供电系统”本身的共模阻抗之间分压,其滤波结果并不理想,只能说是“有一定的抑制作用”。

所以小弟在这里特别请教各位高手,对于一个悬浮地的供电系统,难道只有共模电感器件这一种滤波方法么?大家在实际的使用过程中有内有遇到类似的这种共模转差模造成的电源输出噪声,又是如何滤除共模的呢?谢谢!



caijiantai
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LV6
高级工程师
  • 2016-8-20 12:56:14
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你的意思是共模转换成差模了?那为啥到滤波器后面才转换呢?
chenxianzju
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本网技工
  • 2016-8-25 09:13:27
  • 倒数5
 
不能说是滤波器后面才转换的,而是滤波器后面转换的那部分差模噪声没有办法消掉,共模噪声在滤波器前和滤波器后一直存在,也都存在共模转差模的现象,只是滤波器后面转成的差模噪声没有办法被(差模)滤波器抑制
nc965
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版主
  • 2016-8-22 10:49:17
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建议仔细阅读此文:开关电源EMC设计要领
chenxianzju
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本网技工
  • 2016-8-25 09:13:51
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谢谢!
chenxianzju
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本网技工
  • 2016-8-25 10:45:17
  • 倒数3
 
刚刚阅读了此文,您看到了问题的核心,我目前最大的难题就是找不到系统的地,结合我之前的理解,您的意思是把开关电源的输入端作为地线构建共模滤波器是吗?比如下图这样的拓扑 无标题.png
nc965
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版主
  • 2016-8-25 15:22:59
  • 倒数2
 
首先,你的问题是纹波问题,你把它归罪于共模噪音,但不一定就是。
其次,你这个还不叫浮地系统,机载电源和普通电源其实并没有啥区别,不能说机载电源噪音就更难处理,可能更好处理也未可知。
然后,你画出了三个(电池、开关电源、负载)系统的连接,再进一步画出三个系统的外壳以及与飞机外壳的连接看看?
chenxianzju
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本网技工
最新回复
  • 2016-8-26 10:30:44
  • 倒数1
 
您好,我之所以把这最后“消不掉”的纹波归结为共模噪声,还有一个很重要的原因,我做过实验,我把滤波器构建成接大地(地球)的共模滤波器,如下图所示,就可以完美地消除这最后的10mV纹波,这种接大地的滤波器主要是滤除共模噪声的。只要共模噪声压下去了,后面的10mV纹波就会被抑制。因此,我认为这最后的差模滤波器“消不掉”的纹波是共模转化来的。
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