陶顯芳老師談電磁幹擾與電磁兼容(八)
發布時間:2009-03-09
中心議題:
解決方案:
根據EMC的定義或原理,EMC濾波電路不但要抑製本電子設備產生的電磁幹擾,同時也要對外來的電磁幹擾信號進行抑製,因此,圖14所示的EMC濾波電路還不是十分完美的。為了提高EMC濾lv波bo電dian路lu對dui外wai來lai電dian磁ci幹gan擾rao信xin號hao的de抑yi製zhi能neng力li,最zui好hao在zai輸shu入ru端duan也ye安an裝zhuang一yi個ge低di通tong濾lv波bo器qi,並bing且qie這zhe個ge低di通tong濾lv波bo器qi對dui本ben電dian子zi設she備bei產chan生sheng的de電dian磁ci幹gan擾rao也ye有you很hen強qiang的de抑yi製zhi能neng力li。
另ling外wai,由you於yu電dian磁ci幹gan擾rao信xin號hao的de頻pin譜pu非fei常chang寬kuan,單dan獨du用yong一yi個ge電dian感gan濾lv波bo器qi是shi很hen難nan達da到dao滿man意yi要yao求qiu的de,因yin為wei,目mu前qian采cai用yong的de電dian感gan濾lv波bo器qi都dou不bu是shi理li想xiang的de電dian感gan濾lv波bo器qi,每mei種zhong規gui格ge的de電dian感gan濾lv波bo器qi隻zhi能neng對dui應ying某mou一yi頻pin段duan濾lv波bo效xiao果guo為wei最zui好hao,因yin此ci,最zui好hao同tong時shi把ba高gao、中、低三種不同頻率濾波特性的電感濾波器同時都用上。圖15是一種具有對外來傳導幹擾信號有很強抑製能力的EMC濾波電路,同時,EMC濾波電路還可以把高、中、低三種不同頻率濾波特性的電感濾波器組合起來使用,使性能進一步提高。

圖15與圖14相比,多了一個L0低通電感濾波器,目的是為了提高對外來傳導幹擾信號的抑製能力。如果隻考慮提高抑製本電子設備幹擾的能力,可把C1、C2的連接位置移放到電源線的最前端,即:盡jin量liang靠kao近jin測ce試shi儀yi表biao的de接jie入ru處chu,抑yi製zhi幹gan擾rao效xiao果guo會hui更geng顯xian著zhu。需xu要yao檢jian查zha電dian子zi設she備bei對dui外wai來lai電dian磁ci幹gan擾rao信xin號hao的de抑yi製zhi能neng力li,可ke在zai電dian源yuan線xian輸shu入ru端duan輸shu入ru一yi個ge幹gan擾rao信xin號hao,然ran後hou檢jian測ce電dian子zi設she備bei被bei幹gan擾rao影ying響xiang的de程cheng度du,如ru:dianshijichuxianxingsaomiaobutongbudeng。duibutongdedianzishebei,ganraoxinhaoyeyoubutongdeyaoqiu,zhexiebiaozhunzhidingyibandoushiyouxingyexiehuitichu,zuihouyoubiaozhunzhidingdanweituijianshiyong。
傳導幹擾EMC濾波電路設計
傳導幹擾分共模信號幹擾和差模信號幹擾,我們先來分析共模信號幹擾。
我們可以從圖6、圖7、圖8、圖10、圖12、圖14、圖15等看出,共模幹擾信號主要是通過電子設備對地的分布電容構成回路傳輸的。如圖5中的C5就是幹擾設備對地的分布電容。C5的容量與幹擾設備的體積有關,與地麵的距離有關,但檢測時,設備到地麵的距離是固定的,C5的容量大約在十幾到幾千微微法之間。由於C5的容量很小,對低頻信號的阻抗很大,因此,能夠通過C5電容的共模幹擾信號基本上都是屬於高頻信號。
在圖14、圖15電路中,為了降低共模幹擾信號輸出,還在電路中串入L0、L1、L2等電感,以及C1、C2等電容。與C5電容的特性相反,電感濾波器對低頻信號的阻抗很小,而對高頻信號的阻抗卻很大。
圖16表示C5電容與L0、L1、L2等電感濾波器的頻率-阻抗特性圖。圖16中紅線表示設備對地電容C5的頻率阻抗曲線;藍線是濾波電感L0、L1、L2的頻率阻抗曲線。
對於電容來說,在頻率的低端電容的阻抗很大,低頻共模幹擾信號一般難以通過;dandangpinlvshenggaodaoyidingmouyigeshuzhideshihou,dianrongdezukangjiuhuijiangdi,gongmoganraoxinhaojiuhuihenrongyitongguo,yinci,chanshenggongmoganraodexinhaodepinlvzhuyaojizhongzaihongxiandeyouduan。danduiyudianganL0、L1、L2laishuo,zaipinlvdediduandiangandezukanghenxiao,dipingongmoganraoxinhaoyibanhenrongyitongguo,dandangpinlvshenggaodaomouyigeshuzhideshihou,diangandezukanghuishenggao,shigongmoganraoxinhaonanyitongguo,yinci,chuxiangongmoganraoxinhaodepinlvzhuyaojizhongzailanxiandezuoduan。youci,keyidechujielun,chuxiangongmoganraoxinhaodepinlvjiushizaidianrongzukangquxianyudianganzukangquxiandejiaohuichu,rutu16中的a、b、c或對應頻率f1、f2、f3附近。

圖16中有三條藍色電感濾波器的阻抗曲線,分別對應不同數值的電感。當符合標準的共模幹擾信號對應的阻抗參考線為Z1時,圖16中的三種電感參數全部合格;當符合標準的共模幹擾信號對應的阻抗參考線為Z2時shi,選xuan用yong的de三san種zhong電dian感gan參can數shu隻zhi有you兩liang種zhong合he格ge,其qi中zhong第di一yi個ge性xing能neng最zui優you,但dan成cheng本ben相xiang應ying也ye會hui提ti高gao。另ling外wai我wo們men還hai可ke以yi看kan出chu,選xuan用yong不bu同tong的de電dian感gan參can數shu,對dui應ying出chu現xian共gong模mo幹gan擾rao信xin號hao的de頻pin率lv也ye不bu一yi樣yang。
我們再來分析差模幹擾。我們同樣可以從圖6、圖7、圖8、圖10、圖12、圖14、圖15等看出,差模幹擾信號沒有通過設備對地的分布電容構成回路,主要是通過電源輸電線路進行傳輸。在圖14、圖15中對差模幹擾信號起抑製作用的主要是L0、L1、L2、C3、C4,以及C1、C2。一般C1、C2都是在安全標準允許的條件下把容量用到最大,參數可調的一般隻有C3、C4兩個電容,和L0、L1、L2三個電感濾波器。

圖17表示C3、C4濾波電容器與L0、L1、L2等電感濾波器的頻率-阻抗特性圖。圖17中的兩條紅線,表示濾波電容器C3、C4選取不同容量時的頻率阻抗曲線;兩條藍線,表示濾波電感L0、L1、L2選取不同電感值時的頻率阻抗曲線。對於電容來說,在頻率的低端電容的阻抗很大,低頻差模幹擾信號一般難以通過;但dan當dang頻pin率lv升sheng高gao到dao一yi定ding範fan圍wei的de時shi候hou,電dian容rong的de阻zu抗kang就jiu會hui降jiang低di,差cha模mo幹gan擾rao信xin號hao就jiu很hen容rong易yi通tong過guo,因yin此ci,出chu現xian差cha模mo幹gan擾rao信xin號hao的de頻pin率lv主zhu要yao集ji中zhong在zai紅hong線xian的de左zuo端duan。
但對於電感L0、L1、L2來(lai)說(shuo),在(zai)頻(pin)率(lv)的(de)低(di)端(duan)電(dian)感(gan)的(de)阻(zu)抗(kang)很(hen)小(xiao),低(di)頻(pin)差(cha)模(mo)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)一(yi)般(ban)很(hen)容(rong)易(yi)通(tong)過(guo),但(dan)當(dang)頻(pin)率(lv)升(sheng)高(gao)到(dao)一(yi)定(ding)範(fan)圍(wei)的(de)時(shi)候(hou),電(dian)感(gan)的(de)阻(zu)抗(kang)也(ye)會(hui)升(sheng)高(gao),使(shi)差(cha)模(mo)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)難(nan)以(yi)通(tong)過(guo),因(yin)此(ci),出(chu)現(xian)差(cha)模(mo)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)的(de)頻(pin)率(lv)主(zhu)要(yao)集(ji)中(zhong)在(zai)藍(lan)線(xian)的(de)左(zuo)端(duan)。由(you)此(ci),可(ke)以(yi)得(de)出(chu)結(jie)論(lun),出(chu)現(xian)差(cha)模(mo)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)的(de)頻(pin)率(lv)全(quan)部(bu)都(dou)集(ji)中(zhong)在(zai)電(dian)容(rong)阻(zu)抗(kang)曲(qu)線(xian)與(yu)電(dian)感(gan)阻(zu)抗(kang)曲(qu)線(xian)相(xiang)交(jiao)處(chu)的(de)左(zuo)端(duan),如(ru)圖(tu)17中的a、b、c、e或對應頻率f1、f2、f3、f4的左邊。因此,濾波電容器C3、C4與電感濾波器L0、L1、L2的數值,對於差模幹擾信號抑製效果來說都是越大越好。
從圖16和圖17可以看出,出現共模幹擾信號的頻率既不是頻率的低端,也不是頻率的高端,而是在某個頻率的附近;而出現差模幹擾信號的頻率全部都是集中在某個頻率的低端。
tebiezhichu,shangmianfenxi,wanquanshibadianrongqihedianganqikanchengyigelixiangqijianlaijinxingfenxidejieguo,shijiyingyongzhongdedianrongqibingbushiyigelixiangdedianrongqi,dianganlvboqiyebushiyigelixiangdedianganlvboqi。yinci,zaijinxingshijidianlushejishiyidingyaofanfuzhakanzijisuoxuanzeqijiandecanshu,tebieshigezhongqijiandepinlvxiangyingquxian。
- 如何對外來電磁幹擾進行抑製
- 傳導幹擾EMC濾波電路設計
解決方案:
- 為了抑製全頻段的外來電磁幹擾需要采用高、中、低三種不同頻率濾波特性的電感濾波器
- 對於共模幹擾,電容對低頻信號阻礙大、電感對高頻性能好阻礙大,需要根據電感濾波器的阻抗曲線選擇性價比高抑製方案
- 對於抑製差模幹擾,濾波電容器C3、C4與電感濾波器L0、L1、L2的數值都是越大越好
根據EMC的定義或原理,EMC濾波電路不但要抑製本電子設備產生的電磁幹擾,同時也要對外來的電磁幹擾信號進行抑製,因此,圖14所示的EMC濾波電路還不是十分完美的。為了提高EMC濾lv波bo電dian路lu對dui外wai來lai電dian磁ci幹gan擾rao信xin號hao的de抑yi製zhi能neng力li,最zui好hao在zai輸shu入ru端duan也ye安an裝zhuang一yi個ge低di通tong濾lv波bo器qi,並bing且qie這zhe個ge低di通tong濾lv波bo器qi對dui本ben電dian子zi設she備bei產chan生sheng的de電dian磁ci幹gan擾rao也ye有you很hen強qiang的de抑yi製zhi能neng力li。
另ling外wai,由you於yu電dian磁ci幹gan擾rao信xin號hao的de頻pin譜pu非fei常chang寬kuan,單dan獨du用yong一yi個ge電dian感gan濾lv波bo器qi是shi很hen難nan達da到dao滿man意yi要yao求qiu的de,因yin為wei,目mu前qian采cai用yong的de電dian感gan濾lv波bo器qi都dou不bu是shi理li想xiang的de電dian感gan濾lv波bo器qi,每mei種zhong規gui格ge的de電dian感gan濾lv波bo器qi隻zhi能neng對dui應ying某mou一yi頻pin段duan濾lv波bo效xiao果guo為wei最zui好hao,因yin此ci,最zui好hao同tong時shi把ba高gao、中、低三種不同頻率濾波特性的電感濾波器同時都用上。圖15是一種具有對外來傳導幹擾信號有很強抑製能力的EMC濾波電路,同時,EMC濾波電路還可以把高、中、低三種不同頻率濾波特性的電感濾波器組合起來使用,使性能進一步提高。

圖15與圖14相比,多了一個L0低通電感濾波器,目的是為了提高對外來傳導幹擾信號的抑製能力。如果隻考慮提高抑製本電子設備幹擾的能力,可把C1、C2的連接位置移放到電源線的最前端,即:盡jin量liang靠kao近jin測ce試shi儀yi表biao的de接jie入ru處chu,抑yi製zhi幹gan擾rao效xiao果guo會hui更geng顯xian著zhu。需xu要yao檢jian查zha電dian子zi設she備bei對dui外wai來lai電dian磁ci幹gan擾rao信xin號hao的de抑yi製zhi能neng力li,可ke在zai電dian源yuan線xian輸shu入ru端duan輸shu入ru一yi個ge幹gan擾rao信xin號hao,然ran後hou檢jian測ce電dian子zi設she備bei被bei幹gan擾rao影ying響xiang的de程cheng度du,如ru:dianshijichuxianxingsaomiaobutongbudeng。duibutongdedianzishebei,ganraoxinhaoyeyoubutongdeyaoqiu,zhexiebiaozhunzhidingyibandoushiyouxingyexiehuitichu,zuihouyoubiaozhunzhidingdanweituijianshiyong。
傳導幹擾EMC濾波電路設計
傳導幹擾分共模信號幹擾和差模信號幹擾,我們先來分析共模信號幹擾。
我們可以從圖6、圖7、圖8、圖10、圖12、圖14、圖15等看出,共模幹擾信號主要是通過電子設備對地的分布電容構成回路傳輸的。如圖5中的C5就是幹擾設備對地的分布電容。C5的容量與幹擾設備的體積有關,與地麵的距離有關,但檢測時,設備到地麵的距離是固定的,C5的容量大約在十幾到幾千微微法之間。由於C5的容量很小,對低頻信號的阻抗很大,因此,能夠通過C5電容的共模幹擾信號基本上都是屬於高頻信號。
在圖14、圖15電路中,為了降低共模幹擾信號輸出,還在電路中串入L0、L1、L2等電感,以及C1、C2等電容。與C5電容的特性相反,電感濾波器對低頻信號的阻抗很小,而對高頻信號的阻抗卻很大。
圖16表示C5電容與L0、L1、L2等電感濾波器的頻率-阻抗特性圖。圖16中紅線表示設備對地電容C5的頻率阻抗曲線;藍線是濾波電感L0、L1、L2的頻率阻抗曲線。
對於電容來說,在頻率的低端電容的阻抗很大,低頻共模幹擾信號一般難以通過;dandangpinlvshenggaodaoyidingmouyigeshuzhideshihou,dianrongdezukangjiuhuijiangdi,gongmoganraoxinhaojiuhuihenrongyitongguo,yinci,chanshenggongmoganraodexinhaodepinlvzhuyaojizhongzaihongxiandeyouduan。danduiyudianganL0、L1、L2laishuo,zaipinlvdediduandiangandezukanghenxiao,dipingongmoganraoxinhaoyibanhenrongyitongguo,dandangpinlvshenggaodaomouyigeshuzhideshihou,diangandezukanghuishenggao,shigongmoganraoxinhaonanyitongguo,yinci,chuxiangongmoganraoxinhaodepinlvzhuyaojizhongzailanxiandezuoduan。youci,keyidechujielun,chuxiangongmoganraoxinhaodepinlvjiushizaidianrongzukangquxianyudianganzukangquxiandejiaohuichu,rutu16中的a、b、c或對應頻率f1、f2、f3附近。

圖16中有三條藍色電感濾波器的阻抗曲線,分別對應不同數值的電感。當符合標準的共模幹擾信號對應的阻抗參考線為Z1時,圖16中的三種電感參數全部合格;當符合標準的共模幹擾信號對應的阻抗參考線為Z2時shi,選xuan用yong的de三san種zhong電dian感gan參can數shu隻zhi有you兩liang種zhong合he格ge,其qi中zhong第di一yi個ge性xing能neng最zui優you,但dan成cheng本ben相xiang應ying也ye會hui提ti高gao。另ling外wai我wo們men還hai可ke以yi看kan出chu,選xuan用yong不bu同tong的de電dian感gan參can數shu,對dui應ying出chu現xian共gong模mo幹gan擾rao信xin號hao的de頻pin率lv也ye不bu一yi樣yang。
我們再來分析差模幹擾。我們同樣可以從圖6、圖7、圖8、圖10、圖12、圖14、圖15等看出,差模幹擾信號沒有通過設備對地的分布電容構成回路,主要是通過電源輸電線路進行傳輸。在圖14、圖15中對差模幹擾信號起抑製作用的主要是L0、L1、L2、C3、C4,以及C1、C2。一般C1、C2都是在安全標準允許的條件下把容量用到最大,參數可調的一般隻有C3、C4兩個電容,和L0、L1、L2三個電感濾波器。

圖17表示C3、C4濾波電容器與L0、L1、L2等電感濾波器的頻率-阻抗特性圖。圖17中的兩條紅線,表示濾波電容器C3、C4選取不同容量時的頻率阻抗曲線;兩條藍線,表示濾波電感L0、L1、L2選取不同電感值時的頻率阻抗曲線。對於電容來說,在頻率的低端電容的阻抗很大,低頻差模幹擾信號一般難以通過;但dan當dang頻pin率lv升sheng高gao到dao一yi定ding範fan圍wei的de時shi候hou,電dian容rong的de阻zu抗kang就jiu會hui降jiang低di,差cha模mo幹gan擾rao信xin號hao就jiu很hen容rong易yi通tong過guo,因yin此ci,出chu現xian差cha模mo幹gan擾rao信xin號hao的de頻pin率lv主zhu要yao集ji中zhong在zai紅hong線xian的de左zuo端duan。
但對於電感L0、L1、L2來(lai)說(shuo),在(zai)頻(pin)率(lv)的(de)低(di)端(duan)電(dian)感(gan)的(de)阻(zu)抗(kang)很(hen)小(xiao),低(di)頻(pin)差(cha)模(mo)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)一(yi)般(ban)很(hen)容(rong)易(yi)通(tong)過(guo),但(dan)當(dang)頻(pin)率(lv)升(sheng)高(gao)到(dao)一(yi)定(ding)範(fan)圍(wei)的(de)時(shi)候(hou),電(dian)感(gan)的(de)阻(zu)抗(kang)也(ye)會(hui)升(sheng)高(gao),使(shi)差(cha)模(mo)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)難(nan)以(yi)通(tong)過(guo),因(yin)此(ci),出(chu)現(xian)差(cha)模(mo)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)的(de)頻(pin)率(lv)主(zhu)要(yao)集(ji)中(zhong)在(zai)藍(lan)線(xian)的(de)左(zuo)端(duan)。由(you)此(ci),可(ke)以(yi)得(de)出(chu)結(jie)論(lun),出(chu)現(xian)差(cha)模(mo)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)的(de)頻(pin)率(lv)全(quan)部(bu)都(dou)集(ji)中(zhong)在(zai)電(dian)容(rong)阻(zu)抗(kang)曲(qu)線(xian)與(yu)電(dian)感(gan)阻(zu)抗(kang)曲(qu)線(xian)相(xiang)交(jiao)處(chu)的(de)左(zuo)端(duan),如(ru)圖(tu)17中的a、b、c、e或對應頻率f1、f2、f3、f4的左邊。因此,濾波電容器C3、C4與電感濾波器L0、L1、L2的數值,對於差模幹擾信號抑製效果來說都是越大越好。
從圖16和圖17可以看出,出現共模幹擾信號的頻率既不是頻率的低端,也不是頻率的高端,而是在某個頻率的附近;而出現差模幹擾信號的頻率全部都是集中在某個頻率的低端。
tebiezhichu,shangmianfenxi,wanquanshibadianrongqihedianganqikanchengyigelixiangqijianlaijinxingfenxidejieguo,shijiyingyongzhongdedianrongqibingbushiyigelixiangdedianrongqi,dianganlvboqiyebushiyigelixiangdedianganlvboqi。yinci,zaijinxingshijidianlushejishiyidingyaofanfuzhakanzijisuoxuanzeqijiandecanshu,tebieshigezhongqijiandepinlvxiangyingquxian。
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