差模(常模)噪声与共模噪声的定义

▶何谓EMC

・EMC(电磁兼容性)是指兼备EMI和EMS两方面的性能。

・EMI(电磁干扰)是指因辐射/发射(Emission)电磁波而对环境产生的干扰。

・EMS(电磁敏感性)是指对电磁波干扰(EMI)的耐受性/抗扰度(Immunity)。

・当频率升高时，频谱振幅整体增加。

・上升/下降延迟时，进入-40dB/dec衰减时的频率降低，频谱的振幅衰减。

・Duty变更时，虽然会产生偶次谐波，但对谱峰无影响。基波频谱衰减。

・仅上升延迟时，tr分量从更低的频率开始衰减。

▶差模(常模)噪声与共模噪声

・电磁干扰EMI大致可分为“传导噪声”和“辐射噪声”两种。

・传导噪声可分为差模(常模)噪声和共模噪声两类。

・关于辐射噪声，差模噪声的线缆环路面积、共模噪声的线长是非常重要的因素。

・注意;即使条件相同，共模噪声带来的辐射远远大于差模噪声。

・平行的布线间会产生串扰。

・串扰的因素有杂散(寄生)电容引发的电容(静电)耦合和互感引发的电感(电磁)耦合。

・在开关时会产生急剧电流ON/OFF的环路中，会因寄生分量产生高频振铃=开关噪声。

・这种开关噪声可通过优化PCB板布线等来降低，但即使这样，残留的噪声也会作为共模噪声传导至输入电源，因此需要采取防止噪声漏出的措施。

1.大地-地-参考导体系统

1.1 大地和地

几乎在所有设备或系统中，都要注意大地 (大地导体) 和公共地 (参考导体系统/不带电连接)的区别。在某些地方，大地和公共地通常连接在一起。但它们之间存在区别。

注意：大地只用于传导故障电流，而公共地用于传导工作电流，且通常用作几个信号电路的 公共导体。

1.2 大地

大地是指地球的导电电位。大地的电位被认为是零。在一个系统中，大地被认为是 用于保护人、动物和物资免受电击的保护导体。

用来表示大地的同义词：设备接地导体、大地、保护地、机座或机壳地、台站地。

1.3 地

它是电气设备中连接的所有无源导电元件的公共端，即使发生故障时，它也不会产 生工作电压。公共地是一个系统的等电位偏置，用作电子线路的公共地平面。

在固定系统中，公共大地平面通常与地球 (接地) 连接在一起。公共地却不必一定要跟地球地接在一起(例如在飞机中)。

公共地可完成下列功能：

电子设备参考导体系统的等电位平面;

所有涉及金属、电气系统、雷电防护系统和接地系统的安装的等电位连接与过压 保护;

人身保护功能：使公共电位保持在低于大地电位，从而当人接触到系统的某个部 位时不会受到伤害;

改变过压 (由系统中的故障、雷击造成) 的通路;

用来表示公共地的同义词：等电位连接(绑定)、中性点、配电地、信号参考、信号地、测量地、0V、参考导体地。

1.4 公共地举例

公共地举例：

楼宇中的金属结构构件 (构架、管道等);

金属柜、外罩上的未上漆的机座;

金属电缆管道;

变压器外壳、机器底板;

接地用黄绿线 (PE-PEN);

1.5 参考导体和参考导体系统

用于电子操作的参考导体就是参考电位。它与公共端相连接。

参考导体系统把电气设备中的电流环路所需的所有0伏导线连接在一起。在电子参考平面的各个点之间不存在任何电位差，否则就会出现不希望有的信号电压。 通常，几个电路需要共同一个公共的参考导体系统上，以便实现必要的信号交换。用来表示参考导体系统的同义词：中性(系统)

2. TT,TN和IT交流系统中的接地

2.1 配电系统

交流系统中的接地(单相，三相，多相电流系统)。这些系统可以被归为三个独立的种类(IEC 60364)：

注意：对于这些系统的安全规定(比如说关断条件)可以在IEC 60364-4-41中找到。

2.2 字符定义

2.3 第一个和第二个字母的指定

配电系统的标识字母按如下方式指定：

第一个字母：表示地连接到能量源(比如说变压器)的连接;

第二个字母：表示电气设备的接地;

3. 电流给人体带来的危险

3.1 危险的人体电流(电击)

电击是由流过人体的电流引起的。1mA的电流能够引起健康人体内的反应，从而导致对人体的危险的冲击。如果电流更强，则会带来更大的伤害。在干燥环境下，小于42.4V左右的交流峰值电压或者60V的恒定电压被认为是没有危险的。

那些需要触摸或者握在手中的部件，必须与保护地相连，或者进行充分的隔离。

3.2 高能量带来的危险

对于大电流或者大电容的电源设备来说，设备中相邻电极间的短路能够引起弧光或者热金属粒子火花，并导致燃烧。在这种情况下，即使是低电压电路也有一定危险性。可以通过采用隔离措施或者安全设备来实施保护工作。

3.3 燃烧

过载，部件故障，绝缘损坏，连接不紧或者高瞬间电阻都会导致高温，从而引起燃烧。

对此可以采用的保护措施，包括应用防火措施，选择不易燃烧的材料，采取限制燃烧扩散的办法等等。

3.4 各种间接的危险

其他间接危险：

热度危险：因为接触热部件而造成伤害的危险;

辐射危险：危险的辐射，比如说，噪音，高频辐射，红外线辐射，高强度可见 光，紫外线以及离子辐射，等等;

化学危险：因为接触有害化学物品而带来的危险;

4. 电击的起因和预防措施

4.1 危险的电压

以下的电压可能会带来危险：

峰值等于或者高于42.4V的交流电压;

60V或者更高的直流电压;

4.2 起因

如果人体接触了带有危险电压的部件，可能会引起电击。这种接触可分为两类：

4.3 针对直接接触的预防措施

如果部件带有危险的电压，必须防止人体与其发生直接接触，以避免受到伤害。可以考虑采取以下措施：

做好电路间的隔离;

采用外壳或者封盖;

对有源部件进行绝缘;

能量限制(电容器负载，保护性电阻);

电压限制;

附加的故障电流保护电路;

4.4 针对间接接触的预防措施

系统部件可能会发生故障，在这种情况下，也必须防止人体被电击(由间接接触引起)。

可以考虑采取以下措施：

双重的/强化的绝缘措施;

基本的绝缘和保护性接地;

附加的故障电流保护电路;

4.5 各种标准

针对电击保护措施的条例包含在如下的标准中：

安全条例标准：

IEC 61140：针对电击的保护。对系统和电气设备的一般要求(安全标准)。

安全群组标准：

IEC 60364-4-41：楼宇内电气设备的安装-第 4 部分：安全保护，第41章：针对电击的保护。

对系统：

IEC 62103 和 EN 50178：在电源安装过程中使用的电子设备。

IEC 60204：机械安全-机械的电气设备。

5. 电气设备的保护等级

5.1 保护等级

电气设备的保护等级包括0、I、II和III级。对这些保护等级的定义，是通过获得电击保护的方法来获得的(IEC 61140)。

可编程逻辑控制器PLC和它们的周边设备必须符合相应的保护等级I,II或者III级(根据IEC 61131-2)。

5.2 0级保护

针对危险人体电流的保护措施，如果仅仅是和基本绝缘部件发生接触，那么电气设备就属于0级保护。这表示系统的永久性接线中，没有用于连接导电部件和保护导体(地导体) 的媒介。如果基本的绝缘部件发生故障，那么就要依靠周围的环境来实现保护。

5.3 I级保护

针对危险人体电流的保护措施，如果不仅仅是和基本绝缘部件发生接触，那么电气设备可能属于I级保护。在I级保护下，系统的永久性接线中，有一个用于连接导电部件和保护导体(地导体) 的附加接触部件。如果基本的绝缘部件发生故障能够接触的不带电压的部件。

5.4 II级保护

针对危险人体电流的保护措施，如果不仅仅是和基本绝缘部件发生接触，那么电气设备可能属于II级保护。在II级保护中，有一项附加的安全功能，比如拥有双重的或者强化的绝缘部件，但是没有保护地。

5.5 III级保护

针对危险人体电流的保护措施，如果通过供给安全的极低电压(SELV)来实现，那么电气设备属于III级保护。在这种电气设备中，不产生高于SELV(安全极低电压)的电压。

5.6 SELV

SELV (安全的极低电压) 定义为：在不同的导体间，或者在一个导体和地之间，经过量度所得的不超过42.4伏的峰值或者恒定值的电压。使用这些部件的电路必须和电源通过一个安全的变压器或者类似设备隔离开。

6. 保护地

6.1 选择方案：绝缘或者保护地

系统或者机械中所有在发生故障时可能带有危险电压的部件，都必须予以考虑。为了保证安全，这些部件可以采用双重绝缘或者强化绝缘，也可装备保护地设备。

6.2 保护地：定义

保护地是指主要用来保护人身安全的大地。

保护地是为了防止由间接接触引起的电击而采取的措施，间接接触也就是和因为发生了故障，比如因绝缘部件故障而与带有危险电压的部件发生的接触。

注意：保护地和功能地要清楚地隔离开。功能地不是安全部件，它是一个功能部件，用作参考电压，或者旁路干扰电流。

6.3 接地安排和保护导体

到地电位的连接的精确度，取决于电气设备、部件的情况以及电流分配类型(TT，TN，IT系统)。

一些重要的保护地标准原则如下：

保护地电线的横界面必须满足所规定的最大漏电流值;

电气连接必须满足实际工作中可能出现的负载要求;

在保养和维修过程中，保护地也必须能够保证起作用;

保护地可以替代功能地。但它不可用来进行，比如关闭保护地来提升电磁兼容性的操作;

注意：IEC 60364-5-54 包含了对大地系统和保护接地导体的要求。

7. 用于PLC的保护地

属于I级保护的可编程逻辑控制器和它们的周边设备，具有保护地连接。

它有两种和大地进行连接的方式：

保护导体位于直接连接于电力供应线(干线)的电源线上;

设备有一个连接到外部保护导体的保护导体接头;

设备中所有人体会触及的部件(比如机壳，外罩，底座)都使用保护导体按电气连接方式进行了连接，这样就不会有危险电压进入设备。在设备中工作的保护导体的连接在电源接通时必须处于可靠连接状态。

PLC系统及其周边设备的相关要求，可以在IEC 61131-2可编程控制器，第二部分：设备要求和测试中找到。