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圖文詳解:EMI傳導(dǎo)干擾的8大絕招
發(fā)布時(shí)間:2019-07-17 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】電磁干擾EMI中電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號(hào)是通過(guò)導(dǎo)線或公共電源線進(jìn)行傳輸,互相產(chǎn)生干擾稱為傳導(dǎo)干擾。傳導(dǎo)干擾給不少電子工程師帶來(lái)困惑,如何解決傳導(dǎo)干 擾?找對(duì)方法,你會(huì)發(fā)現(xiàn),傳導(dǎo)干擾其實(shí)很容易解決,只要增加電源輸入電路中EMC濾波器的節(jié)數(shù),并適當(dāng)調(diào)整每節(jié)濾波器的參數(shù),基本上都能滿足要求,下面講解的八大對(duì)策,以解決對(duì)付傳導(dǎo)干擾難題。
對(duì)策一:盡量減少每個(gè)回路的有效面積
圖1 回路電流產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾
傳導(dǎo)干擾分差模干擾DI和共模干擾CI兩種。先來(lái)看看傳導(dǎo)干擾是怎么產(chǎn)生的。如圖1所示,回路電流產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾。這里面有好幾個(gè)回路電流,我們可以把 每個(gè)回路都看成是一個(gè)感應(yīng)線圈,或變壓器線圈的初、次級(jí),當(dāng)某個(gè)回路中有電流流過(guò)時(shí),另外一個(gè)回路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),從而產(chǎn)生干擾。減少干擾的最有效 方法就是盡量減少每個(gè)回路的有效面積。
對(duì)策二:屏蔽、減小各電流回路面積及帶電導(dǎo)體的面積和長(zhǎng)度
圖2 屏蔽、減小各電流回路面積及帶電導(dǎo)體的面積和長(zhǎng)度
如圖2 所示,e1、e2、e3、e4為磁場(chǎng)對(duì)回路感應(yīng)產(chǎn)生的差模干擾信號(hào);e5、e6、e7、e8為磁場(chǎng)對(duì)地回路感應(yīng)產(chǎn)生的共模干擾信號(hào)。共模信號(hào)的一端是整個(gè) 線路板,另一端是大地。線路板中的公共端不能算為接地,不要把公共端與外殼相接,除非機(jī)殼接大地,否則,公共端與外殼相接,會(huì)增大輻射天線的有效面積,共 模輻射干擾更嚴(yán)重。降低輻射干擾的方法,一個(gè)是屏蔽,另一個(gè)是減小各個(gè)電流回路的面積(磁場(chǎng)干擾),和帶電導(dǎo)體的面積及長(zhǎng)度(電場(chǎng)干擾)。
對(duì)策三:對(duì)變壓器進(jìn)行磁屏蔽、盡量減少每個(gè)電流回路的有效面積
圖3 變壓器漏磁對(duì)回路產(chǎn)生的電磁感應(yīng)
如圖3所示,在所有電磁感應(yīng)干擾之中,變壓器漏感產(chǎn)生的干擾是最嚴(yán)重的。如果把變壓器的漏感看成是變壓器感應(yīng)線圈的初級(jí),則其它回路都可以看成是變壓 器的次級(jí),因此,在變壓器周圍的回路中,都會(huì)被感應(yīng)產(chǎn)生干擾信號(hào)。減少干擾的方法,一方面是對(duì)變壓器進(jìn)行磁屏蔽,另一方面是盡量減少每個(gè)電流回路的有效面積。
對(duì)策四:用銅箔對(duì)變壓器進(jìn)行屏蔽
圖4 減少線路中的EMI
如圖4所示,對(duì)變壓器屏蔽,主要是減小變壓器漏感磁通對(duì)周圍電路產(chǎn)生電磁感應(yīng)干擾,以及對(duì)外產(chǎn)生電磁輻射干擾。從原理上來(lái)說(shuō),非導(dǎo)磁材料對(duì)漏磁通是起 不到直接屏蔽作用的,但銅箔是良導(dǎo)體,交變漏磁通穿過(guò)銅箔的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生渦流,而渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向正好與漏磁通的方向相反,部分漏磁通就可以被抵消,因此,銅箔對(duì)磁通也可以起到很好的屏蔽作用。
對(duì)策五:采用雙線傳輸和阻抗匹配
圖5 減少線路中的EMI
如圖5所示,兩根相鄰的導(dǎo)線,如果電流大小相等,電流方向相反,則它們產(chǎn)生的磁力線可以互相抵消。對(duì)于干擾比較嚴(yán)重或比較容易被干擾的電路,盡量采用雙線傳輸信號(hào),不要利用公共地來(lái)傳輸信號(hào),公共地電流越小干擾越小。當(dāng)導(dǎo)線的長(zhǎng)度等于或大于四分之一波長(zhǎng)時(shí),傳輸信號(hào)的線路一定要考慮阻抗匹配,不匹配的 傳輸線會(huì)產(chǎn)生駐波,并對(duì)周圍電路產(chǎn)生很強(qiáng)的輻射干擾。
對(duì)策六:減小電流回路的面積
圖6 減小電流回路的面積
如圖6所示,磁場(chǎng)輻射干擾主要是流過(guò)高頻電流回路產(chǎn)生的磁通竄到接收回路中產(chǎn)生的,因此,要盡量減小流過(guò)高頻電流回路的面積和接收回路的面積。式 中:e1、 Φ1、S1、B1分別為輻射電流回路中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)、磁通、面積、磁通密度; e2、 Φ2、S2、B2分別為輻射電流回路中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)、磁通、面積、磁通密度。
圖7 電流回路輻射的詳解
下面以圖7示意,對(duì)電流回路輻射進(jìn)行詳解。如圖,S1為整流輸出濾波回路,C1為儲(chǔ)能濾波電容,i1為回路高頻電流,此電流在所有的電流回路中最大,其產(chǎn)生的磁場(chǎng)干擾也最嚴(yán)重,應(yīng)盡量減小S1的面積。
在S2回路中,基本上沒(méi)有高頻回路電流,?I2主要是電源紋波電流,高頻成分相對(duì)很小,所以S2的面積大小基本上不需要考慮。 C2為儲(chǔ)能濾波電容,專門為負(fù)載R1提供能量,R1、R2不是單純的負(fù)載電阻,而是高頻電路負(fù)載,高頻電流i3基本上靠C2提供,C2的位置相對(duì)來(lái)說(shuō)非常重要,它的連接位置應(yīng)該考慮使S3的面積最小,S3中還有一個(gè)?I3,它主要是電源紋波電流,也有少量高頻電流成份。 在 S4回路中,基本上也沒(méi)有高頻回路電流,?I4主要為電源紋波電流,高頻成分相對(duì)很小,所以S4的面積大小基本上也不需要考慮。 S5回路的情況基本上與S3回路相同,i5的電流回路面積也應(yīng)要盡量的小。
對(duì)策七:不要采用多個(gè)回路串聯(lián)供電
圖7中的幾個(gè)電流回路,互相串聯(lián)在一起進(jìn)行供電,很容易產(chǎn)生電流共模干擾,特別是在高頻放大電路中,會(huì)產(chǎn)生高頻噪音。電流共模干擾的原因是: ?I2 = ?I3+ ?I4+ ?I5
圖8 不要采用多個(gè)回路串聯(lián)供電
而圖8中各個(gè)電流回路,互相分開,采用并聯(lián)供電,每個(gè)電流回路都是獨(dú)立的,不會(huì)產(chǎn)生電流共模干擾。
對(duì)策八:避免干擾信號(hào)在電路中產(chǎn)生諧振
圖9 共模天線的一極是整個(gè)線路板,另一極是連接電纜中的地線
如圖9所示,共模天線的一極是整個(gè)線路板,另一極是連接電纜中的地線。要減小輻射干擾最有效的方法是對(duì)整個(gè)線路板進(jìn)行屏蔽,并且外殼接地。電場(chǎng)輻射干擾的 原因是高頻信號(hào)對(duì)導(dǎo)體或引線進(jìn)行充電,應(yīng)該盡量減小導(dǎo)體的長(zhǎng)度和表面積。磁場(chǎng)干擾的原因是在導(dǎo)體或回路中有高頻電流流過(guò),應(yīng)該盡量減小線路板中電流回路的 長(zhǎng)度和面積。頻率越高,電磁輻射干擾就越嚴(yán)重;當(dāng)載流體的長(zhǎng)度可以與信號(hào)的波長(zhǎng)比擬時(shí),干擾信號(hào)輻射將增強(qiáng)。
當(dāng)載流體的長(zhǎng)度正好等于干擾信號(hào)四分之一波長(zhǎng)的整數(shù)倍的時(shí)候,干擾信號(hào)會(huì)在電路中產(chǎn)生諧振,這時(shí)輻射干擾最強(qiáng),這種情況應(yīng)盡量避免。
看到這里,是否覺(jué)得按此八步走,傳導(dǎo)干擾盡在掌握之中?最后附上各種干擾脈沖波形的頻譜供大家參考(如圖10)。任何一個(gè)非正弦波都可以看成是非常多個(gè)上升和下降速率不同的信號(hào)(或不同頻率的正弦波)相互迭加而成,電磁輻射強(qiáng)度與電壓或電流的變化速率成正比。
各種干擾脈沖波形的頻譜:
圖10 各種干擾脈沖波形的頻譜
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