资料来源:热控环
1、介绍。
随着科学技术的发展,越来越多的电子产品进入社会各个领域,促进了社会物质的丰富和精神文明的进步。但是不能忽视的是,随着该电子产品的应用,发生的电磁干扰又引起了很多苦恼。
电子产品产生的电磁干扰以辐射和传导两种形式传播。它阻碍无线电、电视、通讯的接收,使电子设备和设备的操作不正常、失效,甚至受损。强烈的电磁辐射会危害人们的健康,甚至会导致易燃、易爆物质火灾、爆炸等。因此,人们必须把抑制(消除)电子产品的电磁干扰列入议程,重视电磁兼容性设计。
2、电磁干扰和电磁兼容性
2.1电磁干扰
电磁干扰(EMI)是指电子设备、设备或系统性能下降、失效或对生命或无生命物质造成损害的电磁现象。几乎所有的电子设备都会产生不同程度的电磁干扰信号,这是不想要的电磁信号。
该信号可以通过电磁辐射发射,也可以通过载流导体(例如电源线、电缆等)传输。同样,几乎所有电子设备都对来自其他电子设备的干扰信号敏感。电磁干扰的产生必须有三个要素:电磁干扰源、对电磁干扰敏感的电子设备和电磁干扰的耦合路径。
电磁干扰源分为自然界和人为两种。自然界的电磁干扰主要是闪电引起的大气噪音(10MHz)和宇宙飞船、太阳船引起的大气噪音(10MHz)。人为电磁干扰源分为有意和无意,指需要发射电磁波的电子设备(如频率波、幅度调制、电视、广播发射机、雷达和移动无线通信机等)。后者是操作时产生不必要电磁干扰信号的电子设备,如计算机设备、继电器、开关、荧光灯、弧焊机、点火装置等。易受电磁干扰影响的电子设备包括通信接收机(收音机、电视等)、雷达、导航设备、计算机等,尤其是这些电子设备的电源对电磁干扰更为敏感。
电磁干扰可以沿着电流通过的导体(如电源线和电缆)传播,也可以用电磁波通过空间传播。因此,根据电磁干扰的耦合路径,电磁干扰可分为传导电磁干扰和辐射电磁干扰两种类型。通过载流导体传播的电磁干扰称为传导电磁干扰,通过空间传播的电磁干扰称为辐射电磁干扰。
理解和掌握形成电磁干扰的三个因素对于电气和电子设备的电磁兼容性设计是非常必要的。在实际工作中,从减少(消除)电磁干扰源、提高电子设备的抗电磁干扰能力、切断电磁干扰的耦合路径开始,就可以解决电气和电子设备的电磁兼容性问题。提高电磁环境下的工作稳定性和可靠性。
2.2电磁兼容性
电子兼容性(EMC)的基本含义是,确保电子设备在共同的电磁环境中彼此不干涉,并实现每种功能的共存状态。电子产品的电磁兼容设计是在电子产品设计时抑制(消除)电磁干扰,从而提高电子产品在电磁环境中工作的稳定性和可靠性。
抑制(消除)电磁干扰主要有接地、屏蔽和过滤三种方法,三种方法各有特色,相互关联。
1)接地。在电磁兼容设计中,接地是非常重要的部分。良好的接地可以消除各种噪声的产生,减少电磁干扰的作用,降低对屏蔽和过滤器的要求。常用的接地方法有浮动、单点接地和多点接地三种。使用浮子方式,不仅可以将电路或设备与公共场所或可能导致循环的公用电线分开,还可以轻松地实现不同电位的电路之间的协调,主要优点是抗干扰性能好。单点接地方法在低频条件下效果最好,多点接地方法在高频条件下效果更好。与单点接地相比,多点接地的主要优点是布线较为简单,地线出现高频驻波的现象也明显减少。但是多点接地系统中的许多接地电路对电路维护提出了更高的要求。由于设备本身的腐蚀、冲击振动、温度变化等因素,接地系统出现了高阻抗,接地效果恶化。
为了充分发挥各自的优点,避免单点接地和多点接地的缺点,实际设计中通常使用混合接地方式。混合接地是通过分析电子系统各部分的工作状态,将需要近距离接地的点(或需要高频接地的点、旁路电容器)与地面直接连接起来,剩下的点使用单个接地方法。
2)屏蔽。屏蔽可以有效地抑制通过空间传播的电磁干扰(即辐射电磁干扰)。屏蔽的目的有两个。一种是限制辐射的电磁能量离开特定区域。二是防止外部辐射电磁能量进入特定区域。屏蔽可以根据其机器分为电场屏蔽、磁场屏蔽、电磁场屏蔽。在电源设计中,主要使用全封闭的金属外壳封装来达到抑制辐射电磁干扰的目的。
3)过滤器。过滤器可以有效地抑制通过载流导体传播的电磁干扰(即传导电磁干扰)。使用过滤器的目的有两个。一种是限制导电通过载流导体离开区域。二是防止外来的传导电通过油类导体进入某一地区。
传导电磁干扰分为差分模式干扰和共模干扰两种类型。在实际工作中,抑制DC/DC电源传导电磁干扰,通过载流导体进行中继,主要用于在电源的输入输出端设置差分模式共模滤波器。例如,插入电源线和电子设备之间的电源线滤波器是抑制电源线传导电磁干扰的重要手段,在电磁环境下,对提高电子设备的工作可靠性(电磁兼容性)起着重要作用。
3、DC/DC电源电磁干扰及对策
电源对所有电子设备都是必不可少的,也是电磁干扰的主要干扰来源和接收器。因此,电源的电磁兼容性设计至关重要,必须给予充分的注意。DC/DC电源在开关状态下工作,因此是大功率振荡器。从电磁干扰的角度来看,开关会产生很多谐波,所以从设计一开始就要考虑。
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