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[导读]电磁干扰 EMI 中电子设备产生的干扰信号是通过导线或公共电源线进行传输,互相产生干扰称为传导干扰。传导干扰给不少电子工程师带来困惑,如何解决传导干扰?

传导干扰

电磁干扰 EMI 中电子设备产生的干扰信号是通过导线或公共电源线进行传输,互相产生干扰称为传导干扰。传导干扰给不少电子工程师带来困惑,如何解决传导干扰?


找对方法,你会发现,传导干扰其实很容易解决,只要增加电源输入电路中 EMC 滤波器的节数,并适当调整每节滤波器的参数,基本上都能满足要求,下面讲解的八大对策,以解决对付传导干扰难题。



一:尽量减少每个回路的有效面积
▲ 图 1 回路电流产生的传导干扰
 
传导干扰分差模干扰 DI 和共模干扰 CI 两种。先来看看传导干扰是怎么产生的。如图 1 所示,回路电流产生传导干扰。
 
这里面有好几个回路电流,我们可以把每个回路都看成是一个感应线圈,或变压器线圈的初、次级,当某个回路中有电流流过时,另外一个回路中就会产生感应电动势,从而产生干扰。减少干扰的最有效 方法就是尽量减少每个回路的有效面积。
 
二:屏蔽、减小各电流回路面积及带电导体的面积和长度
▲ 图 2 屏蔽、减小各电流回路面积及带电导体的面积和长度
 
如图 2 所示,e1、e2、e3、e4 为磁场对回路感应产生的差模干扰信号;e5、e6、e7、e8 为磁场对地回路感应产生的共模干扰信号。共模信号的一端是整个 线路板,另一端是大地。
 
线路板中的公共端不能算为接地,不要把公共端与外壳相接,除非机壳接大地,否则,公共端与外壳相接,会增大辐射天线的有效面积,共 模辐射干扰更严重。降低辐射干扰的方法,一个是屏蔽,另一个是减小各个电流回路的面积(磁场干扰),和带电导体的面积及长度(电场干扰)。
 
三:对变压器进行磁屏蔽、尽量减少每个电流回路的有效面积
 
▲ 图 3 变压器漏磁对回路产生的电磁感应
 
如图 3 所示,在所有电磁感应干扰之中,变压器漏感产生的干扰是最严重的。如果把变压器的漏感看成是变压器感应线圈的初级,则其它回路都可以看成是变压 器的次级,因此,在变压器周围的回路中,都会被感应产生干扰信号。
 
减少干扰的方法,一方面是对变压器进行磁屏蔽,另一方面是尽量减少每个电流回路的有效面积。
 
四:用铜箔对变压器进行屏蔽

▲ 图 4 减少线路中的 EMI
 
如图 4 所示,对变压器屏蔽,主要是减小变压器漏感磁通对周围电路产生电磁感应干扰,以及对外产生电磁辐射干扰。从原理上来说,非导磁材料对漏磁通是起 不到直接屏蔽作用的。
 
但铜箔是良导体,交变漏磁通穿过铜箔的时候会产生涡流,而涡流产生的磁场方向正好与漏磁通的方向相反,部分漏磁通就可以被抵消,因此,铜箔对磁通也可以起到很好的屏蔽作用。
 
五:采用双线传输和阻抗匹配

▲ 图 5 减少线路中的 EMI
 
如图 5 所示,两根相邻的导线,如果电流大小相等,电流方向相反,则它们产生的磁力线可以互相抵消。对于干扰比较严重或比较容易被干扰的电路,尽量采用双线传输信号,不要利用公共地来传输信号,公共地电流越小干扰越小。当导线的长度等于或大于四分之一波长时,传输信号的线路一定要考虑阻抗匹配,不匹配的 传输线会产生驻波,并对周围电路产生很强的辐射干扰。
 
六:减小电流回路的面积
 

▲ 图 6 减小电流回路的面积
 
如图 6 所示,磁场辐射干扰主要是流过高频电流回路产生的磁通窜到接收回路中产生的,因此,要尽量减小流过高频电流回路的面积和接收回路的面积。
 
式 中:e1、 Φ1、S1、B1 分别为辐射电流回路中产生的电动势、磁通、面积、磁通密度;e2、 Φ2、S2、B2 分别为辐射电流回路中产生的电动势、磁通、面积、磁通密度。
 
▲ 图 7 电流回路辐射的详解
 
下面以图 7 示意,对电流回路辐射进行详解。如图,S1 为整流输出滤波回路,C1 为储能滤波电容,i1 为回路高频电流,此电流在所有的电流回路中最大,其产生的磁场干扰也最严重,应尽量减小 S1 的面积。
 
在 S2 回路中,基本上没有高频回路电流,∆I2 主要是电源纹波电流,高频成分相对很小,所以 S2 的面积大小基本上不需要考虑。C2 为储能滤波电容,专门为负载 R1 提供能量,R1、R2 不是单纯的负载电阻,而是高频电路负载,高频电流 i3 基本上靠 C2 提供,C2 的位置相对来说非常重要,它的连接位置应该考虑使 S3 的面积最小,S3 中还有一个∆I3,它主要是电源纹波电流,也有少量高频电流成份。
 
在 S4 回路中,基本上也没有高频回路电流,∆I4 主要为电源纹波电流,高频成分相对很小,所以 S4 的面积大小基本上也不需要考虑。S5 回路的情况基本上与 S3 回路相同,i5 的电流回路面积也应要尽量的小。
 
七:不要采用多个回路串联供电

图 7 中的几个电流回路,互相串联在一起进行供电,很容易产生电流共模干扰,特别是在高频放大电路中,会产生高频噪音。电流共模干扰的原因是:∆I2 = ∆I3+ ∆I4+ ∆I5
 
▲ 图 8 不要采用多个回路串联供电
 
而图 8 中各个电流回路,互相分开,采用并联供电,每个电流回路都是独立的,不会产生电流共模干扰。
 
八:避免干扰信号在电路中产生谐振

▲ 图 9 共模天线的一极是整个线路板,另一极是连接电缆中的地线
 
如图 9 所示,共模天线的一极是整个线路板,另一极是连接电缆中的地线。要减小辐射干扰最有效的方法是对整个线路板进行屏蔽,并且外壳接地。电场辐射干扰的 原因是高频信号对导体或引线进行充电,应该尽量减小导体的长度和表面积。
 
磁场干扰的原因是在导体或回路中有高频电流流过,应该尽量减小线路板中电流回路的 长度和面积。频率越高,电磁辐射干扰就越严重;当载流体的长度可以与信号的波长比拟时,干扰信号辐射将增强。
 
当载流体的长度正好等于干扰信号四分之一波长的整数倍的时候,干扰信号会在电路中产生谐振,这时辐射干扰最强,这种情况应尽量避免。
 
看到这里,是否觉得按此八步走,传导干扰尽在掌握之中?最后附上各种干扰脉冲波形的频谱供大家参考(如图 10)。任何一个非正弦波都可以看成是非常多个上升和下降速率不同的信号(或不同频率的正弦波)相互迭加而成,电磁辐射强度与电压或电流的变化速率成正比。
 
各种干扰脉冲波形的频谱
 
▲ 图 10 各种干扰脉冲波形的频谱




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