工程師：如何解決傳導(dǎo)干擾？

時(shí)間：2021-01-04 09:38:19

關(guān)鍵字： EMC 電磁干擾

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[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。

電磁干擾 EMI 中電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號(hào)是通過導(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。從原理上來說，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)，不要利用公共地來傳輸信號(hào)，公共地電流越小干擾越小。當(dāng)導(dǎo)線的長度等于或大于四分之一波長時(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(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)來說非常重要，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，應(yīng)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(yán)重；當(dāng)載流體的長度可以與信號(hào)的波長比擬時(shí)，干擾信號(hào)輻射將增強(qiáng)。

當(dāng)載流體的長度正好等于干擾信號(hào)四分之一波長的整數(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

END

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