EMC近場(chǎng)遠(yuǎn)場(chǎng)概念與整改小技巧分享

一、近場(chǎng)與遠(yuǎn)場(chǎng)的區(qū)別

騷擾通過(guò)空間傳輸實(shí)質(zhì)上是騷擾源的電磁能量以場(chǎng)的形式向四周空間傳播。場(chǎng)可分為近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)。

近場(chǎng)又稱感應(yīng)場(chǎng)。近場(chǎng)的性質(zhì)與騷擾源的性質(zhì)密切相關(guān)。

1、如果騷擾源是高電壓，小電流的源，則近場(chǎng)只要是電場(chǎng)。如下圖所示偶極子天線模型，天線兩極間有一定電壓但電流較小，主要是空間的位移電流。則在偶極子天線附近，電場(chǎng)大于磁場(chǎng)。

實(shí)際中，進(jìn)出EUT的電纜與參考大地之間就形成一個(gè)偶極子天線，只不過(guò)兩根天線的夾角不是上圖的180°，而是0°。即進(jìn)出EUT的電纜與參考大地平行，兩者之間的寄生電容上會(huì)有共模的位移電流。

2、如果騷擾源是低電壓大電流的源，則近場(chǎng)主要是磁場(chǎng)。如下圖所示的環(huán)形天線模型。則天線周圍的磁場(chǎng)大于電場(chǎng)。

實(shí)際中，PCB走線的環(huán)路，進(jìn)出EUT的電纜正負(fù)極之間的差模電流回路，都是環(huán)形天線，都會(huì)向外輻射信號(hào)，同時(shí)也容易接收其它設(shè)備發(fā)出的干擾信號(hào)。

3、我們常用波阻抗來(lái)描述電場(chǎng)和磁場(chǎng)的關(guān)系

Z0 = E / H

則，對(duì)于上面所說(shuō)的偶極子天線，其E大于H，則Z0較大，所以電場(chǎng)源又稱高阻抗場(chǎng)源；對(duì)于上面所說(shuō)的環(huán)形天線，其H大于E，則Z0較小，所以磁場(chǎng)源又稱低阻抗場(chǎng)源。

4、無(wú)論場(chǎng)源是電場(chǎng)源還是磁場(chǎng)源，當(dāng)離場(chǎng)源的距離大于λ/2π以后，都變成了遠(yuǎn)場(chǎng)，又稱輻射場(chǎng)。這時(shí)電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向垂直并且都和傳播方向垂直，稱為平面波。

這時(shí)電場(chǎng)和磁場(chǎng)比值為固定值，波阻抗Z0 = 120*π 為377Ω，電場(chǎng)和磁場(chǎng)都以 1/r (r為距離) 的速率隨距離減小。

5、遠(yuǎn)場(chǎng)是平面波，比較容易分析和測(cè)量，只需測(cè)量電場(chǎng)就能算出磁場(chǎng)。近場(chǎng)比較復(fù)雜，電場(chǎng)和磁場(chǎng)不易互相轉(zhuǎn)換，需要分別測(cè)量。同時(shí)由于近場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的強(qiáng)度隨距離的變化強(qiáng)烈，所以，位置的微小變化都會(huì)引起較大的測(cè)量誤差。

6、對(duì)于距離較遠(yuǎn)的系統(tǒng)間的電磁兼容問(wèn)題，一般都用遠(yuǎn)場(chǎng)來(lái)分析。對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)，特別是同一設(shè)備內(nèi)的問(wèn)題，基本上都是近場(chǎng)耦合問(wèn)題。

二、波長(zhǎng)

電磁波在空氣中的傳播速度接近光速。

波長(zhǎng)λ = C / f = 3x10^8 / f (頻率f單位Hz)

如，f=10MHz，λ=30米

近場(chǎng)遠(yuǎn)場(chǎng)分界線 r =λ/2*3.14=4.77米。

即頻率為10MHz的電磁波發(fā)射源，在離發(fā)射源大于4.77米時(shí)，為遠(yuǎn)場(chǎng)，小于4.77米時(shí)，為近場(chǎng)。

三、米法

當(dāng)評(píng)估產(chǎn)品產(chǎn)生的輻射發(fā)射時(shí)，測(cè)量天線主要測(cè)量1m或3m或10m處的輻射信號(hào)。這也是我們常說(shuō)的1米法、3米法、10米法。

對(duì)于騷擾信號(hào)頻率的升高，天線所在位置對(duì)越高頻的騷擾來(lái)說(shuō)就越接近遠(yuǎn)場(chǎng)。

四、位置

EUT內(nèi)部，比如濾波器中的元件之間也會(huì)產(chǎn)生近場(chǎng)耦合效應(yīng)，從而降低濾波器的濾波效果。比如兩級(jí)共模濾波的電感之間，距離較近，則兩個(gè)電感之間就會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)的耦合。

以共模電感為例，其周圍的電磁場(chǎng)泄露見(jiàn)下圖，可見(jiàn)要避免在其上下兩繞組開(kāi)口處放置敏感器件，此兩處漏磁場(chǎng)密度最高，強(qiáng)度最大。

在進(jìn)行EMI濾波器的元器件布置時(shí)，也要考慮漏磁場(chǎng)，漏電場(chǎng)的影響。

五、開(kāi)關(guān)電源中的電場(chǎng)與磁場(chǎng)

1、上圖可看出開(kāi)關(guān)電源輸入/輸出電纜對(duì)地產(chǎn)生的共模電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，即電纜可看成一根天線。

2、開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部的高DV/DT的點(diǎn)，也會(huì)通過(guò)對(duì)殼寄生電容產(chǎn)生位移電流，類似偶極子天線。

3、開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部的高DI/DT環(huán)路，可看出環(huán)形天線。

作為工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置，開(kāi)關(guān)電源的電壓、電流變化率很高，產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度較大；干擾源主要集中在功率開(kāi)關(guān)期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器；開(kāi)關(guān)頻率不高(從幾十kHz和數(shù)mHz)，主要的干擾形式是傳導(dǎo)干擾和近場(chǎng)干擾。

而印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布線，具有更大的隨意性，這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場(chǎng)干擾估計(jì)的難度。

a. 1MHz 以內(nèi)以差模干擾為主，增大X電容就可解決。

b. 1MHz～5MHz 差模共?；旌?，采用輸入端并一系列X電容來(lái)濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標(biāo)并解決。

c. 5MHz～10MHz 以共摸干擾為主，采用抑制共摸的方法。

d. 10MHz～25MHz 對(duì)于外殼接地的，在地線上用一個(gè)磁環(huán)繞2圈會(huì)對(duì)10MHz以上干擾有較大的衰減。

e. 25～30MHz 可以采用加大對(duì)地Y電容、在變壓器外面包銅皮、改變 PCB的LAYOUT、輸出線前面接一個(gè)雙線并繞的小磁環(huán)，最少繞10圈，在輸出整流管兩端并RC濾波器。

f. 30MHz～50MHz 普遍是MOS管高速開(kāi)通關(guān)斷引起，可以用增大MOS驅(qū)動(dòng)電阻，RCD緩沖電路采用1N4007 慢管，VCC供電電壓用1N4007慢管來(lái)解決。

g. 100～200MHz 普遍是輸出整流管反向恢復(fù)電流引起，可以在整流管上串磁珠。100MHz～200MHz 大部分出于PFC MOSFET及PFC二極管，現(xiàn)在MOSFET及PFC二極管串磁珠有效果，水平方向基本可以解決問(wèn)題，但垂直方向就很難解決了。

開(kāi)關(guān)電源的輻射一般只會(huì)影響到100MHz以下的頻段。也可以在MOS二極管上加相應(yīng)吸收回路，但效率會(huì)有所降低。

設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源時(shí)防止EMI的措施：

1 把噪音電路節(jié)點(diǎn)的PCB銅箔面積最大限度地減小；如開(kāi)關(guān)管的漏極、集電極、初次級(jí)繞組的節(jié)點(diǎn)等。

2 使輸入和輸出端遠(yuǎn)離噪音元件，如變壓器線包、變壓器磁芯、開(kāi)關(guān)管的散熱片等。

3 使噪音元件(如未遮蔽的變壓器線包、未遮蔽的變壓器磁芯、開(kāi)關(guān)管等)遠(yuǎn)離外殼邊緣，因?yàn)樵谡２僮飨峦鈿み吘壓芸赡芸拷饷娴慕拥鼐€。

4 如果變壓器沒(méi)有使用電場(chǎng)屏蔽，要保持屏蔽體和散熱片遠(yuǎn)離變壓器。

5 盡量減小以下電流環(huán)的面積：次級(jí)(輸出)整流器、初級(jí)開(kāi)關(guān)功率器件、柵極(基極)驅(qū)動(dòng)線路、輔助整流器等。

6 不要將門極(基極)的驅(qū)動(dòng)返饋環(huán)路和初級(jí)開(kāi)關(guān)電路或輔助整流電路混在一起。

7 調(diào)整優(yōu)化阻尼電阻值，使它在開(kāi)關(guān)的死區(qū)時(shí)間里不產(chǎn)生振鈴響聲。

8 防止EMI濾波電感飽和。

9 使拐彎節(jié)點(diǎn)和次級(jí)電路的元件遠(yuǎn)離初級(jí)電路的屏蔽體或者開(kāi)關(guān)管的散熱片。

10 保持初級(jí)電路的擺動(dòng)的節(jié)點(diǎn)和元件本體遠(yuǎn)離屏蔽或者散熱片。

11 使高頻輸入的 EMI 濾波器靠近輸入電纜或者連接器端。

12 保持高頻輸出的 EMI 濾波器靠近輸出電線端子。

13 使EMI濾波器對(duì)面的PCB板的銅箔和元件本體之間保持一定距離。

14 在輔助線圈的整流器的線路上放一些電阻。

15 在磁棒線圈上并聯(lián)阻尼電阻。

16 在輸出RF濾波器兩端并聯(lián)阻尼電阻。

17 在PCB設(shè)計(jì)時(shí)允許放1nF/500V陶瓷電容器或者還可以是一串電阻，跨接在變壓器的初級(jí)的靜端和輔助繞組之間。

18 保持EMI濾波器遠(yuǎn)離功率變壓器，尤其是避免定位在繞包的端部。

19 在PCB面積足夠的情況下，可在PCB上留下放屏蔽繞組用的腳位和放RC阻尼器的位置，RC阻尼器可跨接在屏蔽繞組兩端。

20 空間允許的話在開(kāi)關(guān)功率場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和門極之間放一個(gè)小徑向引線電容器(米勒電容，10皮法/1千伏電容)。

21 空間允許的話放一個(gè)小的RC阻尼器在直流輸出端。

22 不要把AC插座與初級(jí)開(kāi)關(guān)管的散熱片靠在一起。