電子工程師面對(duì)電磁干擾EMI的八個(gè)策略

電磁干擾EMI中電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號(hào)是通過(guò)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(lái)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，以下八大對(duì)策可用以解決傳導(dǎo)干擾難題。

對(duì)策一：盡量減少每個(gè)回路的有效面積
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圖1

傳導(dǎo)干擾分差模干擾DI和共模干擾CI兩種。先來(lái)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(guò)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(zhǎng)度

圖2

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(zhǎng)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

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
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圖4

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(lái)說(shuō)，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(guò)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
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圖5

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(lái)傳輸信號(hào)，公共地電流越小干擾越小。當(dāng)導(dǎo)線的長(zhǎng)度等于或大于四分之一波長(zhǎng)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
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圖6

如圖6所示，磁場(chǎng)輻射干擾主要是流過(guò)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(guò)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

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(méi)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(lái)說(shuō)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(méi)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

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
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圖9

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(zhǎng)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(guò)，應(yīng)該盡量減小線路板中電流回路的長(zhǎng)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(zhǎng)度可以與信號(hào)的波長(zhǎng)比擬時(shí)，干擾信號(hào)輻射將增強(qiáng)。

當(dāng)載流體的長(zhǎng)度正好等于干擾信號(hào)四分之一波長(zhǎng)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

編輯：黃飛