電磁干擾EMI中電子設備產(chǎn)生的干擾信號是通過導線或公共電源線進行傳輸,互相產(chǎn)生干擾稱為傳導干擾。傳導干擾給不少電子工程師帶來困惑,如何解決傳導干擾?找對方法,你會發(fā)現(xiàn),傳導干擾其實很容易解決,只要增加電源輸入電路中EMC濾波器的節(jié)數(shù),并適當調整每節(jié)濾波器的參數(shù),基本上都能滿足要求,第七屆電路保護與電磁兼容研討會主辦方總結八大對策,以解決對付傳導干擾難題。
對策一:盡量減少每個回路的有效面積
圖1
傳導干擾分差模干 擾DI和共模干擾CI兩種。先來看看傳導干擾是怎么產(chǎn)生的。如圖1所示,回路電流產(chǎn)生傳導干擾。這里面有好幾個回路電流,我們可以把每個回路都看成是一個 感應線圈,或變壓器線圈的初、次級,當某個回路中有電流流過時,另外一個回路中就會產(chǎn)生感應電動勢,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 回路的有效面積。
對策二:屏蔽、減小各電流回路面積及帶電導體的面積和長度
圖2
如圖2 所示,e1、e2、e3、e4為磁場對回路感應產(chǎn)生的差模干擾信號;e5、e6、e7、e8為磁場對地回路感應產(chǎn)生的共模干擾信號。共模信號的一端是整個 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,除非機殼接大地,否則,公共端與外殼相接,會增大輻射天線的有效面積,共 模輻射干擾更嚴重。降低輻射干擾的方法,一個是屏蔽,另一個是減小各個電流回路的面積(磁場干擾),和帶電導體的面積及長度(電場干擾)。
對策三:對變壓器進行磁屏蔽、盡量減少每個電流回路的有效面積
圖3
如 圖3所示,在所有電磁感應干擾之中,變壓器漏感產(chǎn)生的干擾是最嚴重的。如果把變壓器的漏感看成是變壓器感應線圈的初級,則其它回路都可以看成是變壓器的次 級,因此,在變壓器周圍的回路中,都會被感應產(chǎn)生干擾信號。減少干擾的方法,一方面是對變壓器進行磁屏蔽,另一方面是盡量減少每個電流回路的有效面積。
對策四:用銅箔對變壓器進行屏蔽
圖4
如圖4所示,對變壓器屏蔽,主要是減小變壓器漏感磁通對周圍電路產(chǎn)生電磁感應干擾,以及對外產(chǎn)生電磁輻射干擾。從原理上來說,非導磁材料對 漏磁通是起不到直接屏蔽作用的,但銅箔是良導體,交變漏磁通穿過銅箔的時候會產(chǎn)生渦流,而渦流產(chǎn)生的磁場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,銅箔對磁通也可以起到很好的屏蔽作用。
對策五:采用雙線傳輸和阻抗匹配
圖5
如 圖5所示,兩根相鄰的導線,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。對于干擾比較嚴重或比較容易被干擾的電路,盡量采用雙線傳 輸信號,不要利用公共地來傳輸信號,公共地電流越小干擾越小。當導線的長度等于或大于四分之一波長時,傳輸信號的線路一定要考慮阻抗匹配,不匹配的傳輸線 會產(chǎn)生駐波,并對周圍電路產(chǎn)生很強的輻射干擾。
對策六:減小電流回路的面積
圖6
如 圖6所示,磁場輻射干擾主要是流過高頻電流回路產(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)生的電動勢、磁通、面積、磁通密度;e2、Φ2、S2、B2分別為輻射電流回路中產(chǎn)生的電動勢、磁通、面積、磁通密度。
圖7
下 面以圖7示意,對電流回路輻射進行詳解。如圖,S1為整流輸出濾波回路,C1為儲能濾波電容,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 的磁場干擾也最嚴重,應盡量減小S1的面積。
在S2回路中,基本上沒有高頻回路電流,?I2主要是電源紋波電流,高頻成分相對很小,所以S2的面 積大小基本上不需要考慮。C2為儲能濾波電容,專門為負載R1提供能量,R1、R2不是單純的負載電阻,而是高頻電路負載,高頻電流i3基本上靠C2提供,C2的位置相對來說非常 重要,它的連接位置應該考慮使S3的面積最小,S3中還有一個?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,基本上也沒有高頻回路電流,?I4主要為電源紋波電流,高頻成分相對很小,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要盡量的小。
對策七:不要采用多個回路串聯(lián)供電
圖7中的幾個電流回路,互相串聯(lián)在一起進行供電,很容易產(chǎn)生電流共模干擾,特別是在高頻放大電路中,會產(chǎn)生高頻噪音。電流共模干擾的原因是: ?I2 = ?I3+ ?I4+ ?I5
圖8
而圖8中各個電流回 路,互相分開,采用并聯(lián)供電,每個電流回路都是獨立的,不會產(chǎn)生電流共模干擾。
對策八:避免干擾信號在電路中產(chǎn)生諧振
圖9
如圖9所示, 共模天線的一極是整個線路板,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整個線路板進行屏蔽,并且外殼接地。電場輻射干擾的原因是高頻信 號對導體或引線進行充電,應該盡量減小導體的長度和表面積。磁場干擾的原因是在導體或回路中有高頻電流流過,應該盡量減小線路板中電流回路的長度和面積。 頻率越高,電磁輻射干擾就越嚴重;當載流體的長度可以與信號的波長比擬時,干擾信號輻射將增強。
當載流體的長度正好等于干擾信號四分之一 波長的整數(shù)倍的時候,干擾信號會在電路中產(chǎn)生諧振,這時輻射干擾最強,這種情況應盡量避免。
看到這里,是否覺得按此八步走,傳導干擾盡在掌握之中?最后附上各種干擾脈沖波形的頻譜供大家參考(如圖10)。任何一個非正弦波都可以看成是非常多個上升 和下降速率不同的信號(或不同頻率的正弦波)相互迭加而成,電磁輻射強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