共模电流测量方法与EMC设计中的应用

"共模电流的测量-EMC基础理论（四）" 在电磁兼容（EMC）领域，共模电流是设备产生电磁干扰（EMI）的重要因素。它是指在同一根导线中，流经相线与中性线或地线之间的相同方向的电流。由于共模电流的形成涉及复杂的电磁交互作用，且往往并非设计之初就预计到的，因此难以通过理论分析准确预测其大小。通常，我们需要借助实验方法来测量和评估电缆上的共模电流。 进行共模电流测量时，所需的设备包括一台频谱分析仪、一个或两个电流卡钳以及一条射频电缆。电流卡钳实际上是一个无初级的变压器，它能够感应电缆上的电流并转换为电压信号，此电压信号被送至频谱分析仪进行读取。具体步骤如下： 1. 连接设备：频谱分析仪、电流卡钳和射频电缆按照规定的配置连接好。 2. 参数设置：调整频谱分析仪的参数，如扫描频率范围、中频/视频带宽等，以dBV为单位。 3. 背景测量：关闭待测系统的电源，使用电流卡钳测量电缆上的共模电流作为背景值。 4. 实际测量：开启系统，再次测量电缆上的共模电流，对比背景值，找出额外的信号。 5. 数据转换：根据电流卡钳制造商提供的传输阻抗数据，计算共模电流ICM（dB A）= V（dB V） - ZT（dB）。 6. 单位换算：将ICM（dB A）转换为微安（μA）单位，便于进一步计算。 得到共模电流后，可以结合共模辐射计算公式，评估特定频率下的共模辐射强度。这对于确保设备符合EMC标准至关重要。 在PCB（印制电路板）设计中，电磁兼容性也是必须考虑的关键因素。脉冲信号的频谱特性，如上升时间tr和下降时间td，会直接影响信号的谐波成分。快速变化的电流会产生辐射，其中地线和电源线上的噪声是主要来源。设计时应尽量减小地线网格、优化电源线布局，采用适当的解耦电容来抑制这些噪声。例如，电源解耦电容C的选取与电流变化率dI/dt、电源线电感L和频率f有关，C=dIdt/(dV/Z)，用于减少电源线上的电压跌落。 另外，为了减少辐射，需要控制电流环路的大小，避免形成大的辐射天线。例如，使用铁氧体磁珠可以增加电源端阻抗，利用细线布局增加电感，这些方法都有助于改善电路的辐射性能。线路板的辐射主要有差模辐射和共模辐射两种机制，它们分别与电流环路和导线辐射相关。在近场区和远场区，辐射场强随频率和距离的变化有所不同。 理解和控制共模电流对于提高电子设备的电磁兼容性至关重要。良好的PCB设计实践，结合精确的共模电流测量，能够显著降低EMI，确保产品符合严格的EMC标准。