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电磁干扰(EMC)的产生以及抑制

时间:03-15 来源:国际电磁兼容网 点击:

   一、电磁骚扰什么场合最多,它们是怎样产生的?

电磁骚扰最多的场合如下:高速数字信号线路、开关电路、脉冲发生电路和大功率控制电路等在极短的时间内电压电流急速变化的场合,所含有电感和电容的电路通断的场合。

另外,磁场、电场、电荷等电量急速变化时,同样产生电磁骚扰。

开关动作的电路中,电压 / 电流的增大或衰减时间 t 越短,则噪声的带宽越宽;急速变化的电压 V 及电流 I 的幅值越大,则噪声的幅度越大。

特别是在电感性负载的电路中,电路从通转换成断的瞬间,容易产生如图 1 所示的断续的电磁干扰。图中的噪声波形由小逐渐变大,这对应了开关触点之间的距离由小到大的过程。

所示的电路中,直流电压 VD 在 L 和 R 串联的负载上产生电流 I 时,开关 S 从通转换成断的瞬间,在 L 两端产生比 VD 大数十倍、有时上百倍的极性相反的尖峰电压(称为电感反冲电压)。

当 L 两端有寄生电容 C0 时,会有以下现象:

当 C0=100pF 时,产生约 - 848V , 225kHZ 的振荡;

当 C0 可以忽略时,将达到 - 6000V ;

寄生电容越大,电感两端的电压越低,振荡频率也越低。

实际电路中,即使在电感 L 两端连接电容器,因为电容器引线电感的影响,不会得到电容器的最佳效果,衰减振动波形的下降部分 d υ /dt 变大,剩下高频部分。

电容器必须是耐高压的,否则有可能被破坏。

是利用镇流器两端产生的高压点燃日光灯的电路。它所产生的振荡高压一旦传入其他电器设备,旧会成为骚扰。

是针对继电器触点跳跃产生的噪声使用抗干扰变压器的效果。

二、那些方法能够减小电磁骚扰?

减小电磁骚扰的方法有屏蔽、滤波、电路设计、线路板布线等。

屏蔽:用金属材料将机箱内部产生噪声封闭起来的方法称为屏蔽。屏蔽对防止外部噪声进入机箱也是同样有效的。电场屏蔽和磁场屏蔽的方法是不同的。

电场屏蔽中用导体将噪声源包围起来,然后接地,旧能达到屏蔽的目的。并且,由于导体表面的反射损耗很大,因此很薄的材料(铝箔、铜箔)也有很好的屏蔽效果。另外,机箱上即使有缝隙,也不会产生太大的影响。

磁场屏蔽中,直流磁场 / 低频磁场和高频磁场的屏蔽方法是不同的。直流磁场 / 低频磁场的屏蔽需要用厚的高导磁率材料包围起 滤波:将有用信号和噪声分离开,滤除噪声的器件。根据电路原理,有用扼流圈阻止噪声的方法,用电容旁路噪声的方法,和两者结合的方法,如图7 所示。

电路设计:由于时钟频率越高,高频能量辐射越强,因此在数字电路中不要使用过高的时钟频率。线路板上的总线、较大的环路面积和较长的导线都是强辐射源,因此,除非必要,要尽量避免这些情况的出现。使用大规模集成电路能够大幅度减少线路板上走线,从而减小辐射。在选用集成电路时,也有些问题需要注意。例如,高速 MOS 电路在高频使用时,消耗功率较大,并且由于输出电压幅度较高,低频段的高次谐波较强,这些都会导致较强的辐射。高速肖特基电路由于脉冲上升时间很短,因此会在很高的频率范围内产生辐射。在功能允许的条件下,尽量使用标准型电路。

线路板:线路板上的走线是主要的辐射源。走线产生辐射主要是由于逻辑电路中电流的突变,在导线的电感上产生了感应电压,这个电压会产生较强的辐射。另外,由于导线其着辐射天线的作用,因此导线的长度越长,辐射的效率越高。因此,线路板布线的基本原则是,减小导线的电感,例如使用最短的走线,电流较大的电源线和地线要粗一些。图 2 是一个锁相环路的实例。( a )是采取措施前的情况,( b )是采取措施以后的情况。所采取的措施包括将集成电路之间的联线缩短为 1/2 ,地线改为地线网格。

三、电缆产生的噪声是共模的还是差模的?

电缆产生的噪声两者都有。电子设备中噪声有从信号电缆和电源电缆上产生的传导噪声和空间辐射的辐射噪声两大类。这两大类中有分为共模噪声和差模噪声两种。

差模传导噪声是电子设备内噪声电压产生的与电源电流或信号电流相同路径的噪声电流,如图 1 所示。减小这种噪声的方法是在电源线和信号线上串联电感(差模扼流圈)、并联电容或用电感和电容组成低通滤波器,减小高频的噪声,

共模传导噪声是在设备内噪声电压的驱动下,经过设备与大地之间的寄生电容,在电缆与大地之间流动的噪声电流,如图 3 所示。减小共模噪声的方法是在电源线或信号线中串联电感(共模扼流圈)、在导线与地之间并联电容器、使用 LC 滤波器,图 4 所示。共模扼流圈是将电源线的火线和零线(或信号线和回流线)同方向绕在铁氧体磁芯上构成的,它对线间流动的

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