1電磁幹擾的產生與傳輸

 

電磁幹擾傳輸有兩種方式：一(yi)種(zhong)是(shi)傳(chuan)導(dao)傳(chuan)輸(shu)方(fang)式(shi)，另(ling)一(yi)種(zhong)則(ze)是(shi)輻(fu)射(she)傳(chuan)輸(shu)方(fang)式(shi)。傳(chuan)導(dao)傳(chuan)輸(shu)是(shi)在(zai)幹(gan)擾(rao)源(yuan)和(he)敏(min)感(gan)設(she)備(bei)之(zhi)間(jian)有(you)完(wan)整(zheng)的(de)電(dian)路(lu)連(lian)接(jie)，幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)沿(yan)著(zhe)連(lian)接(jie)電(dian)路(lu)傳(chuan)遞(di)到(dao)接(jie)收(shou)器(qi)而(er)發(fa)生(sheng)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)現(xian)象(xiang)。

 

輻射傳輸是幹擾信號通過介質以電磁波的形式向外傳播的幹擾形式。常見的輻射耦合有三種：1）一個天線發射的電磁波被另一個天線意外地接收，稱為天線對天線的耦合；2）空間電磁場經導線感應而耦合
，稱為場對線的耦合。3）兩根平等導線之間的高頻信號相互感應而形成的耦合，稱為線對線的感應耦合。

 

2電磁幹擾的產生機理

 

從被幹擾的敏感設備角度來說
，幹擾耦合又可分為傳導耦合和輻射耦合兩類。

 

● 傳導耦合模型

 

傳導耦合按其原理可分為電阻性耦合、電容性耦合和電感性耦合三種基本耦合方式。

 

● 輻射耦合模型

 

輻射耦合是幹擾耦合的另一種方式，除了從幹擾源發出的有意輻射外，還有大量的無意輻射。同時，PCB板上的走線無論是電源線
、信號線
、時鍾線、數據線或者控製線等
，都能起到天線的效果，即可輻射出幹擾波，又可起到接收作用。

 

3電磁幹擾控製技術

 

①傳輸通道抑製

 

● 濾波：在設計和選用濾波器時應注意頻率特性

、耐壓性能、額定電流、阻抗特性、屏ping蔽bi和he可ke靠kao性xing。濾lv波bo器qi的de安an裝zhuang正zheng確que與yu否fou對dui其qi插cha入ru損sun耗hao特te性xing影ying響xiang很hen大da，隻zhi有you安an裝zhuang位wei置zhi恰qia當dang
，安an裝zhuang方fang法fa正zheng確que，才cai能neng對dui幹gan擾rao起qi到dao預yu期qi的de濾lv波bo作zuo用yong。在zai安an裝zhuang濾lv波bo器qi時shi應ying考kao慮lv安an裝zhuang位wei置zhi，輸shu入ru輸shu出chu側ce的de配pei線xian必bi須xu屏ping蔽bi隔ge離li，以yi及ji高gao頻pin接jie地di和he搭da接jie方fang法fa。

 

● 屏蔽：電磁屏蔽按原理可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽三種。電場屏蔽包含靜電屏蔽和交變電場屏蔽；cichangpingbibaohandipincichangpingbihegaopincichangpingbi。butongleixingdediancipingbiduipingbitideyaoqiubutong。zaishijidepingbizhong，diancipingbixiaonenggengdachengdushangyilaiyupingbitidejiegou，jidaodiandelianxuxing。shijidepingbitiyouyuzhizao
、裝配
、維修、散熱
、觀察及接口連接要求，其上麵一般都開有形狀各異、尺寸不同的孔縫，這些孔縫對於屏蔽體的屏蔽效能起著重要的影響作用，因此必須采取措施來抑製孔縫的電磁泄漏。

 

● 接地：接地有安全接地和信號接地兩種。同時
，接地也會引入接地阻抗及地回路幹擾。接地技術包括接地點的選擇
、電路組合、接地的設計和抑製接地幹擾措施的合理應用等。

 

● 搭接：搭(da)接(jie)是(shi)指(zhi)導(dao)體(ti)間(jian)低(di)阻(zu)抗(kang)連(lian)接(jie)，隻(zhi)有(you)良(liang)好(hao)的(de)搭(da)接(jie)才(cai)能(neng)使(shi)電(dian)路(lu)完(wan)成(cheng)其(qi)設(she)計(ji)功(gong)能(neng)
，使(shi)幹(gan)擾(rao)的(de)各(ge)種(zhong)抑(yi)製(zhi)措(cuo)施(shi)得(de)以(yi)發(fa)揮(hui)作(zuo)用(yong)。搭(da)接(jie)方(fang)法(fa)可(ke)分(fen)為(wei)永(yong)久(jiu)性(xing)搭(da)接(jie)和(he)半(ban)永(yong)久(jiu)性(xing)搭(da)接(jie)兩(liang)種(zhong)，而(er)搭(da)接(jie)類(lei)型(xing)分(fen)為(wei)直(zhi)接(jie)搭(da)接(jie)和(he)間(jian)接(jie)搭(da)接(jie)。

 

● 布線：布(bu)線(xian)是(shi)印(yin)刷(shua)電(dian)路(lu)板(ban)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)性(xing)設(she)計(ji)的(de)關(guan)鍵(jian)，應(ying)選(xuan)擇(ze)合(he)理(li)的(de)導(dao)線(xian)寬(kuan)度(du)，采(cai)取(qu)正(zheng)確(que)的(de)布(bu)線(xian)策(ce)略(lve)，如(ru)加(jia)粗(cu)地(di)線(xian)，將(jiang)地(di)線(xian)閉(bi)合(he)成(cheng)環(huan)路(lu)，減(jian)少(shao)導(dao)線(xian)不(bu)連(lian)續(xu)性(xing)，采(cai)用(yong)多(duo)層(ceng)板(ban)等(deng)。

 

②空間分離

 

空(kong)間(jian)分(fen)離(li)是(shi)抑(yi)製(zhi)空(kong)間(jian)輻(fu)射(she)騷(sao)擾(rao)和(he)感(gan)應(ying)耦(ou)合(he)騷(sao)擾(rao)的(de)有(you)效(xiao)方(fang)法(fa)，通(tong)過(guo)加(jia)大(da)騷(sao)擾(rao)源(yuan)和(he)接(jie)受(shou)器(qi)敏(min)感(gan)設(she)備(bei)之(zhi)間(jian)的(de)空(kong)間(jian)距(ju)離(li)
，使(shi)騷(sao)擾(rao)電(dian)磁(ci)場(chang)到(dao)達(da)敏(min)感(gan)設(she)備(bei)時(shi)的(de)強(qiang)度(du)已(yi)衰(shuai)減(jian)到(dao)低(di)於(yu)接(jie)受(shou)設(she)備(bei)敏(min)感(gan)度(du)門(men)限(xian)，從(cong)而(er)達(da)到(dao)抑(yi)製(zhi)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)的(de)目(mu)的(de)。由(you)電(dian)磁(ci)場(chang)理(li)論(lun)可(ke)知(zhi)
，場(chang)強(qiang)在(zai)近(jin)區(qu)感(gan)應(ying)場(chang)中(zhong)以(yi)1/r3的方式衰減
，遠區輻射場的場強分布按1/r方式減小。因此
，為了滿足係統的電磁兼容性要求，盡量將組成係統的各個設備間的空間距離增大。在設備、係統布線中
，限製平行線纜的最小間距，以減少串擾。在PCB設計中
，規定引線條間的最小間隔。另外
，空間分離也包括在空間有限的情況下，對騷擾源輻射方向的方位調整、騷擾源電場矢量與磁場矢量的空間取向的控製。

 

③時間分離

 

當dang騷sao擾rao源yuan非fei常chang強qiang
，不bu易yi采cai用yong其qi他ta方fang法fa可ke靠kao抑yi製zhi時shi，通tong常chang采cai用yong時shi間jian分fen隔ge的de方fang法fa，使shi有you用yong信xin號hao在zai騷sao擾rao信xin號hao停ting止zhi發fa射she的de時shi間jian內nei傳chuan輸shu
，或huo者zhe當dang強qiang騷sao擾rao信xin號hao發fa射she時shi
，使shi易yi受shou騷sao擾rao的de敏min感gan設she備bei短duan時shi關guan閉bi，以yi避bi免mian遭zao受shou損sun害hai。時shi間jian分fen隔ge控kong製zhi有you兩liang種zhong形xing式shi，一yi種zhong是shi主zhu動dong時shi間jian分fen隔ge
，適shi用yong於yu有you用yong信xin號hao出chu現xian時shi間jian與yu幹gan擾rao信xin號hao出chu現xian時shi間jian有you確que定ding先xian後hou關guan係xi的de情qing況kuang
；另一種是被動時間分隔，按照幹擾信號與有用信號出現的特征使其中某一信號迅速關閉
，從而達到時間上不重合、不覆蓋的控製要求。

 

④頻譜管理

 

頻(pin)譜(pu)的(de)規(gui)劃(hua)劃(hua)分(fen)是(shi)把(ba)各(ge)頻(pin)段(duan)劃(hua)分(fen)給(gei)各(ge)種(zhong)無(wu)線(xian)電(dian)業(ye)務(wu)，為(wei)特(te)定(ding)用(yong)戶(hu)製(zhi)定(ding)頻(pin)段(duan)。製(zhi)定(ding)國(guo)家(jia)標(biao)準(zhun)規(gui)範(fan)是(shi)防(fang)止(zhi)幹(gan)擾(rao)以(yi)及(ji)在(zai)某(mou)些(xie)情(qing)況(kuang)下(xia)確(que)保(bao)通(tong)信(xin)係(xi)統(tong)達(da)到(dao)所(suo)需(xu)通(tong)信(xin)性(xing)能(neng)的(de)基(ji)礎(chu)。這(zhe)包(bao)括(kuo)無(wu)線(xian)電(dian)設(she)備(bei)的(de)核(he)準(zhun)程(cheng)序(xu)，無(wu)線(xian)電(dian)發(fa)射(she)機(ji)、接收機和其他設備型號核準所要求的最低性能標準文件。

 

⑤電氣隔離

 

電氣隔離是避免電路中傳導幹擾的可靠方法，同時還能使有用信號正常耦合傳輸。常見的電氣隔離耦合形式有機械耦合
、電磁耦合、光電耦合等。DC/DC變(bian)換(huan)器(qi)是(shi)一(yi)種(zhong)應(ying)用(yong)廣(guang)泛(fan)的(de)電(dian)器(qi)隔(ge)離(li)器(qi)件(jian)，它(ta)將(jiang)一(yi)種(zhong)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)變(bian)換(huan)成(cheng)另(ling)一(yi)種(zhong)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)
，為(wei)了(le)防(fang)止(zhi)多(duo)個(ge)設(she)備(bei)共(gong)用(yong)一(yi)個(ge)電(dian)源(yuan)引(yin)起(qi)共(gong)電(dian)源(yuan)內(nei)阻(zu)幹(gan)擾(rao)，應(ying)用(yong)DC/DC變換器單獨對各路供電，以保證電路不受電源中的信號幹擾。

 

4開關電源產生幹擾的原因

 

開kai關guan電dian源yuan首shou先xian將jiang工gong頻pin交jiao流liu整zheng流liu為wei直zhi流liu，再zai逆ni變bian為wei高gao頻pin，最zui後hou經jing過guo整zheng流liu濾lv波bo電dian路lu輸shu出chu，得de到dao穩wen定ding的de直zhi流liu電dian壓ya，因yin此ci自zi身shen含han有you大da量liang的de諧xie波bo幹gan擾rao。同tong時shi
，由you於yu變bian壓ya器qi的de漏lou感gan和he輸shu出chu二er極ji管guan的de反fan向xiang恢hui複fu電dian流liu造zao成cheng的de尖jian峰feng
，都dou形xing成cheng了le潛qian在zai的de電dian磁ci幹gan擾rao。開關電源中的幹擾源主要集中在電壓
、電流變化大的元器件上，突出表現在開關管

、二極管、高頻變壓器等上。

 

①開關電路產生的電磁幹擾

 

開關電路是開關電源的主要幹擾源之一。開關電路是開關電源的核心，主要由開關管和高頻變壓器組成。它產生的du/dt具有較大幅度的脈衝
，頻帶較寬且諧波豐富。這種脈衝幹擾產生的主要原因是：kaiguanguanfuzaiweigaopinbianyaqichujixianquan
，shiganxingfuzai。zaikaiguanguandaotongshunjian
，chujixianquanchanshenghendadeyongliu，bingzaichujixianquandeliangduanchuxianjiaogaodelangyongjianfengdianya；在(zai)開(kai)關(guan)管(guan)斷(duan)開(kai)瞬(shun)間(jian)
，由(you)於(yu)初(chu)級(ji)線(xian)圈(quan)的(de)漏(lou)磁(ci)通(tong)，致(zhi)使(shi)一(yi)部(bu)分(fen)能(neng)量(liang)沒(mei)有(you)從(cong)一(yi)次(ci)線(xian)圈(quan)傳(chuan)輸(shu)到(dao)二(er)次(ci)線(xian)圈(quan)，儲(chu)藏(zang)在(zai)電(dian)感(gan)中(zhong)的(de)這(zhe)部(bu)分(fen)能(neng)量(liang)將(jiang)和(he)集(ji)電(dian)極(ji)電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)電(dian)容(rong)

、電dian阻zu形xing成cheng帶dai有you尖jian峰feng的de衰shuai減jian振zhen蕩dang，疊die加jia在zai關guan斷duan電dian壓ya上shang，形xing成cheng關guan斷duan電dian壓ya尖jian峰feng。電dian源yuan電dian壓ya中zhong斷duan會hui產chan生sheng與yu初chu級ji線xian圈quan接jie通tong時shi一yi樣yang的de磁ci化hua衝chong擊ji電dian流liu瞬shun變bian

，這zhe種zhong瞬shun變bian是shi一yi種zhong傳chuan導dao型xing電dian磁ci幹gan擾rao
，既ji影ying響xiang變bian壓ya器qi初chu級ji，還hai會hui使shi傳chuan導dao幹gan擾rao返fan回hui配pei電dian係xi統tong，造zao成cheng電dian網wang諧xie波bo電dian磁ci幹gan擾rao，從cong而er影ying響xiang其qi他ta設she備bei的de安an全quan和he經jing濟ji運yun行xing。

 

②整流電路產生的電磁幹擾

 

zhengliudianluzhong，zaishuchuzhengliuerjiguanjiezhishiyouyigefanxiangdianliu，tahuifudaolingdiandeshijianyujiedianrongdengyinsuyouguan。qizhong，nengjiangfanxiangdianliuxunsuhuifudaolingdeerjiguanchengweiyinghuifutexingerjiguan
，zhezhongerjiguanzaibianyaqilouganheqitafenbucanshudeyingxiangxiajiangchanshengjiaoqiangdegaopinganrao，qipinlvkedajishiMHz。高頻整流回路中的整流二極管正向導通時有較大的正向電流流過，在其受反偏電壓而轉向截止時，由於PNjiezhongyoujiaoduodezailiuzijilei，yinerzaizailiuzixiaoshizhiqiandeyiduanshijianli，dianliuhuifanxiangliudong，zhishizailiuzixiaoshidefanxianghuifudianliujijujianshaoerfashenghendadedianliubianhua（di/dt）。

 

③高頻變壓器

 

高頻變壓器的初級線圈、開(kai)關(guan)管(guan)和(he)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)構(gou)成(cheng)的(de)高(gao)頻(pin)開(kai)關(guan)電(dian)流(liu)環(huan)路(lu)可(ke)能(neng)會(hui)產(chan)生(sheng)較(jiao)大(da)的(de)空(kong)間(jian)輻(fu)射(she)

，形(xing)成(cheng)輻(fu)射(she)幹(gan)擾(rao)。如(ru)果(guo)電(dian)容(rong)濾(lv)波(bo)容(rong)量(liang)不(bu)足(zu)或(huo)高(gao)頻(pin)特(te)性(xing)不(bu)好(hao)
，電(dian)容(rong)上(shang)的(de)高(gao)頻(pin)阻(zu)抗(kang)會(hui)使(shi)高(gao)頻(pin)電(dian)流(liu)以(yi)差(cha)模(mo)方(fang)式(shi)傳(chuan)導(dao)到(dao)交(jiao)流(liu)電(dian)源(yuan)中(zhong)形(xing)成(cheng)傳(chuan)導(dao)幹(gan)擾(rao)。需(xu)要(yao)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)，在(zai)二(er)極(ji)管(guan)整(zheng)流(liu)電(dian)路(lu)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)中(zhong)
，整(zheng)流(liu)二(er)極(ji)管(guan)反(fan)向(xiang)恢(hui)複(fu)電(dian)流(liu)的(de)di/dt遠比續流二極管反向恢複電流的di/dt大得多。作為電磁幹擾源來研究，整流二極管反向恢複電流形成的幹擾強度大、頻帶寬。但是
，整流二極管產生的電壓跳變遠小於功率開關管導通和關斷時產生的電壓跳變。因此，也可不計整流二極管產生的│dv/dt│影響，把整流電路當成電磁幹擾耦合通道的一部分來研究。

 

④分布電容引起的幹擾

 

開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)工(gong)作(zuo)在(zai)高(gao)頻(pin)狀(zhuang)態(tai)，因(yin)而(er)其(qi)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)不(bu)可(ke)忽(hu)略(lve)。一(yi)方(fang)麵(mian)，散(san)熱(re)片(pian)與(yu)開(kai)關(guan)管(guan)集(ji)電(dian)極(ji)間(jian)的(de)絕(jue)緣(yuan)片(pian)接(jie)觸(chu)麵(mian)積(ji)較(jiao)大(da)，且(qie)絕(jue)緣(yuan)片(pian)較(jiao)薄(bo)，因(yin)此(ci)兩(liang)者(zhe)間(jian)的(de)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)在(zai)高(gao)頻(pin)時(shi)不(bu)能(neng)忽(hu)略(lve)。高(gao)頻(pin)電(dian)流(liu)會(hui)通(tong)過(guo)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)流(liu)到(dao)散(san)熱(re)片(pian)上(shang)，再(zai)流(liu)到(dao)機(ji)殼(ke)地(di)，產(chan)生(sheng)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)；lingyifangmian，maichongbianyaqidechucijizhijiancunzaizhefenbudianrong
，kejiangyuanbiandianyazhijieouhedaofubianshang
，zaifubianzuozhiliushuchudeliangtiaodianyuanxianshangchanshenggongmoganrao。

 

⑤雜散參數影響耦合通道的特性

 

在傳導幹擾頻段（《30MHz），多數開關電源幹擾的耦合通道是可以用電路網絡來描述的。但是
，開關電源中的任何一個實際元器件，如電阻
、電容
、電感乃至開關管、erjiguandoubaohanyouzasancanshu，qieyanjiudepindaiyukuan


，dengzhidianludejieciyugao。yinci，baokuogeyuanqijianzasancanshuheyuanqijianjiandeouhezaineidekaiguandianyuandedengxiaodianlujiangfuzadeduo。zaigaopinshi，zasancanshuduiouhetongdaodetexingyingxianghenda，fenbudianrongdecunzaichengweidianciganraodetongdao。lingwai，zaikaiguanguangonglvjiaodashi，jidianjiyibandouxujiashangsanrepian
，sanrepianyukaiguanguanzhijiandefenbudianrongzaigaopinshibunenghulve，tanengxingchengmianxiangkongjiandefusheganraohedianyuanxianchuandaodegongmoganrao。

 

5開關電源電磁幹擾的控製技術

 

要解決開關電源的電磁幹擾問題
，可從3個方麵入手：1）減小幹擾源產生的幹擾信號
；2）切斷幹擾信號的傳播途徑；3）增強受幹擾體的抗幹擾能力。因此，開關電源電磁電磁幹擾要控製技術主要有：電路措施、EMI濾波、元器件選擇
、屏蔽和印製電路板抗幹擾設計等。

 

①減少開關電源本身的幹擾

 

● 軟開關技術：在原有的硬開關電路中增加電感和電容元件，利用電感和電容的諧振，降低開關過程中的du/dt和di/dt，使開關器件開通時電壓的下降先於電流的上升，或關斷時電流的下降先於電壓的上升，來消除電壓和電流的重疊。

 

● 開關頻率調製技術：通過調製開關頻率fc
，把集中在fc及其諧波2fc
、3fc…上的能量分散到它們周圍的頻帶上，以降低各個頻點上的EMI幅值。該方法不能降低幹擾總量，但能量被分散到頻點的基帶上，從而使各個頻點都不超過EMI規定的限值。為了達到降低噪聲頻譜峰值的目的，通常有兩種處理方法：隨機頻率法和調製頻率法。

 

● 共模幹擾的有源抑製技術：設法從主回路中取出一個與導致電磁幹擾的主要開關電壓波形完全反相的補償EMI噪聲電壓，並用它去平衡原開關電壓。

 

● 減小電磁幹擾的緩衝電路：其由線性阻抗穩定網絡組成，作用是消除在供電電力線內潛在的幹擾，包括電力線幹擾
、電快速瞬變，電湧，電壓高低變化和電力線諧波等。這些幹擾對一般穩壓電源來說，影響不是很大，但對高頻開關電源的影響顯著。

 

● 濾波：EMI濾波器的主要目的之一

，就是要在150kHz～30MHz的頻段範圍獲得較高的插入損耗，但對頻率為50Hz工頻信號不產生衰減，使額定電壓、電(dian)流(liu)順(shun)利(li)通(tong)過(guo)
，同(tong)時(shi)還(hai)必(bi)須(xu)滿(man)足(zu)一(yi)定(ding)的(de)尺(chi)寸(cun)要(yao)求(qiu)。任(ren)何(he)電(dian)源(yuan)線(xian)上(shang)的(de)傳(chuan)導(dao)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)
，均(jun)可(ke)用(yong)差(cha)模(mo)和(he)共(gong)模(mo)信(xin)號(hao)來(lai)表(biao)示(shi)。在(zai)一(yi)般(ban)情(qing)況(kuang)下(xia)，差(cha)模(mo)幹(gan)擾(rao)幅(fu)度(du)小(xiao)，頻(pin)率(lv)低(di)，所(suo)造(zao)成(cheng)的(de)幹(gan)擾(rao)較(jiao)小(xiao)；共模幹擾幅度大

，頻率高


，還可以通過導線產生輻射，所造成的幹擾較大。因此，欲削弱傳導幹擾
，把EMI信號控製在有關EMC標準規定的極限電平以下

，最有效的方法就是在開關電源輸入和輸出電路中加裝電磁幹擾濾波器。

 

● PCB設計：PCB抗幹擾設計主要包括PCB布局
、布線及接地，其目的是減小PCB的電磁輻射和PCB上電路之間的串擾。開關電源布局的最佳方法與其電氣設計類似。在確定PCB的尺寸形狀後，再確定特殊元器件（如各種發生器、晶振等）的位置。最後
，根據電路的功能單元，對電路的全部元器件進行布局。

 

● 元器件的選擇：選擇不易產生噪聲、不易傳導和輻射噪聲的元器件。通常特別值得注意的是，二極管和變壓器等繞組類元器件的選用。反向恢複電流小、恢複時間短的快速恢複二極管是開關電源高頻整流部分的理想器件。

 

②切斷幹擾信號的傳播途徑—共模、差模電源線濾波器設計

 

電源線幹擾可以使用電源線濾波器濾除。一個合理有效的開關電源EMI濾波器應該對電源線上差模和共模幹擾都有較強的抑製作用。

 

③增強敏感電路的抗幹擾能力

 

這主要包括屏蔽和接地兩種方式。