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電磁兼容的基礎(chǔ)知識 EMI濾波器各部分組成選型

MCDZ029 ? 來源: 被硬件攻城的獅子 ? 2023-12-13 15:22 ? 次閱讀

電磁兼容與安全性:

一:安全性:

a)絕緣電阻電源輸入端與機(jī)殼之間的絕緣電阻在正常大氣條件下應(yīng)不小于100MΩ(500V直流電壓施加5s),在潮濕環(huán)境下應(yīng)不小于2MΩ(500V直流電壓施加5s);

b)介電強(qiáng)度:電源輸入端與機(jī)殼之間應(yīng)能承受直流電壓500V歷時1min的介電強(qiáng)度試驗,無擊穿、飛弧和閃爍現(xiàn)象;

c) 電源應(yīng)有反接保護(hù)措施;

d) 設(shè)備應(yīng)有接地措施,電源連接器到接地點之間的搭接電阻不大于 5mΩ。

二:電磁兼容:

EMC(Electro Magnetic Compatibility,電磁兼容) 是指電子、電氣設(shè)備或系統(tǒng)在預(yù)期的電磁環(huán)境中,按設(shè)計要求正常工作的能力。它是電子、電氣設(shè)備或系統(tǒng)的一種重要的技術(shù)性能,其包括三方面的含義:

(1)EMI(Electro Magnetic Interference,電磁干擾):即處在一定環(huán)境中的設(shè)備或系統(tǒng),在正常運行時,不應(yīng)產(chǎn)生超過相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)所要求的電磁能量,相對應(yīng)的測試項目根據(jù)產(chǎn)品類型及標(biāo)準(zhǔn)不同而不同,

EMI測試項:RE(輻射發(fā)射)、CE(傳導(dǎo)發(fā)射)、Harmonic(諧波電流)、Ficker(電壓閃爍)

對于民用、工科醫(yī)、鐵路產(chǎn)品,基本的EMI測試項目有:

● 電源線傳導(dǎo)騷擾(CE)測試;

信號、控制線傳導(dǎo)騷擾(CE)測試;

● 輻射騷擾(RE)測試;

● 諧波電流(Harmonic)測量;

● 電壓波動和閃爍(Fluctuation and Flicker)測量。

對于軍用產(chǎn)品,基本的EMI測試項目有:

● CE101測試:15 Hz~10 kHz電源線傳導(dǎo)發(fā)射測試;

● CE102測試:10 kHz~10 MHz電源線傳導(dǎo)發(fā)射測試;

● CE106測試:10 kHz~40 GHz天線端子傳發(fā)發(fā)射測試;

● CE107測試:電源線尖峰信號(時域)傳導(dǎo)發(fā)射測試;

● RE101測試:25 Hz~100 kHz磁場輻射發(fā)射測試;

● RE102測試:10 kHz~18 GHz電場輻射發(fā)射測試;

● RE103測試:10 kHz~40 GHz天線諧波和亂真輸出輻射發(fā)射測試;

對于汽車及車載電子、電氣產(chǎn)品,基本的EMI測試項目有:

● 汽車整車輻射發(fā)射測試;

● 車載電子、電氣零部件/模塊的傳導(dǎo)騷擾測試;

● 車載電子、電氣零部件/模塊的輻射發(fā)射測試;

● 車載電子、電氣零部件/模塊的瞬態(tài)發(fā)射騷擾測試;

注:傳導(dǎo)騷擾即為傳導(dǎo)發(fā)射;輻射騷擾 即為輻射發(fā)射。

(2)EMS(Electro Magnetic Susceptibility,電磁抗擾度):即處在一定環(huán)境中設(shè)備或系統(tǒng),在正常運行時,設(shè)備或系統(tǒng)能承受相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)的電磁能量干擾,相對應(yīng)的測試項目也根據(jù)產(chǎn)品類型及標(biāo)準(zhǔn)不同而不同,

EMS測試項:ESD(靜電放電)、EFT(電快速脈沖群)、DIP(電壓跌落)、CS(傳導(dǎo)抗擾)、RS(輻射抗擾度)、Surge(雷擊浪涌)、PMS(磁場抗擾)

對于民用、工科醫(yī)、鐵路產(chǎn)品,基本的EMS測試項目有:

● 靜電放電抗擾度(ESD);

● 電快速瞬變脈沖群抗擾度(EFT);

● 浪涌(SURGE);

● 輻射抗擾度(RS);

● 傳導(dǎo)抗擾度(CS);

● 電壓跌落與中斷(DIP)。

對于軍用產(chǎn)品,基本的EMS測試項目有:

● CS101測試:25 Hz~50 kHz電源線傳導(dǎo)敏感度測試;

● CS103測試:15 kHz~10 GHz天線端子互調(diào)傳導(dǎo)敏感度測試;

● CS104測試:25 Hz~20 GHz天線端子無用信號抑制傳導(dǎo)敏感度測試;

● CS105測試:25 Hz~20 GHz天線端子交調(diào)傳導(dǎo)敏感度測試;

● CS106測試:電源尖峰信號傳導(dǎo)敏感度測試;

● CS114測試:10 kHz~400 MHz殼體電流傳導(dǎo)敏感度電纜束注入傳導(dǎo)敏感度測試;

● CS115測試:電纜束注入脈沖激勵傳導(dǎo)敏感度測試;

● CS116測試:10 kHz~100 MHz電纜和電源線阻尼正弦瞬變傳導(dǎo)敏感度測試;

● RS101測試:25 Hz~100 kHz磁場輻射敏感度測試;

● RS103測試:10 kHz~40 GHz電場輻射敏感度測試;

● RS105測試:瞬變電磁場輻射敏感度測試。

對于汽車及車載電子、電氣零部件產(chǎn)品,基本的EMS測試項目有:

● 符合ISO7637-1/2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電源線傳導(dǎo)耦合/瞬態(tài)抗擾度測試;

● 符合ISO7637-3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的傳感器電纜與控制電纜傳導(dǎo)耦合/瞬態(tài)抗擾度測試;

● 符合ISO11452-7(對應(yīng)國標(biāo)為GB17619)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的射頻傳導(dǎo)抗擾度測試;

● 符合ISO11452-2(對應(yīng)國標(biāo)為GB17619)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的輻射場抗擾度測試);

● 符合ISO11452-3(對應(yīng)國標(biāo)為GB17619)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的橫電磁波(TEM)小室的輻射場抗擾度測試);

● 符合ISO11452-4(對應(yīng)國標(biāo)為GB17619)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的大電流注入(BCI)抗擾度測試);

● 符合ISO11452-5(對應(yīng)國標(biāo)為GB17619)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的帶狀線抗擾度測試;

● 符合ISO11452-6(對應(yīng)國標(biāo)為GB17619)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的三平板抗擾度測試;● 符合ISO10605標(biāo)準(zhǔn)的靜電放電抗擾度測試。

(3)對于EMC整改問題,其實能用三要素概括:干擾源、耦合電路、敏感器件;而EMC整改的常用方法也能用四要素概括:屏蔽、接地、濾波、去耦。

1、傳導(dǎo)測試干擾整改

傳導(dǎo)測試常見的干擾有共模干擾和差模干擾。

共模干擾是線地回路形成的干擾,對應(yīng)整改措施為:

調(diào)整Y電容容值,調(diào)整共模電感的感量,

差模干擾是線線之間形成的干擾,對應(yīng)整改措施為:

調(diào)整共模電感的感量,調(diào)整線地之間的濾波電路,調(diào)整X電容容量

2、輻射測試整改

1).針對帶電源產(chǎn)品30MHz附近測試不過,一般情況下電源需要加大共模電感感量;

2).帶網(wǎng)口的產(chǎn)品125MHz測試不過,一般情況下需要更換屏蔽網(wǎng)線或者在網(wǎng)線上面加磁環(huán);

3).帶HDMI或者DP的產(chǎn)品測試不過,一般情況下需要更換屏蔽線材或者在線材上面加磁環(huán);

4).手機(jī)產(chǎn)品數(shù)據(jù)傳輸測試不過,一般情況下需要更換屏蔽數(shù)據(jù)線、數(shù)據(jù)線加磁環(huán),或者降低產(chǎn)品的傳輸速率;

5).手機(jī)產(chǎn)品攝像頭測試不過,一般情況下需要給攝像頭加屏蔽;

造成EMC輻射超標(biāo)的原因是多方面的,接口濾波不好、結(jié)構(gòu)屏效低、電纜設(shè)計有缺陷等都有可能導(dǎo)致輻射數(shù)據(jù)超標(biāo)。但產(chǎn)生輻射的根本原因其實在PCB的設(shè)計,從EMC方面關(guān)注PCB,主要關(guān)注以下幾個方面:

1)從減少輻射騷擾的角度出發(fā),應(yīng)該盡量選用多層板,內(nèi)層分別作電源層、地線層,用以降低供電線路阻抗,抑制公共阻抗噪聲,對信號線形成均勻的接地面,加大信號線和接地面的分布電容,抑制其向空間輻射的能力。2)電源線、地線、印刷板走線對高頻信號應(yīng)保持低阻抗。在頻率很高的情況下,電源線、地線或印制板走線都會成為接收與發(fā)射騷擾的小天線。降低這種騷擾的方法除了加濾波電容外,更值得重視的是減小電源線、地線及其他印制板走線本身的高頻阻抗。因此,各種抑制板走線要短而粗,線條要均勻。

3)電源線、地線及印制導(dǎo)線在印制板上的排列要恰當(dāng),盡量做到短而直,以減小信號線與回線之間所形成的環(huán)路面積。

4)電路元件和信號通路的布局必須最大限度地減少無用信號的相互耦合。

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3、靜電放電測試:

靜電分為接觸放電和空氣放電,靜電是積累的高壓,當(dāng)接觸到設(shè)備的金屬外殼時會瞬間放電,會干擾到電子設(shè)備的正常工作,可能引起設(shè)備故障或重啟,靜電會干擾顯示效果,可能出現(xiàn)顯示閃爍或黑屏,干擾正常顯示和操作。靜電還有可能引起CPU工作異常,程序死機(jī)或重啟,這在客戶的正常使用中都是不允許的。如果在產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計階段采用EMC的相關(guān)設(shè)計,做靜電抗擾度實驗不必過分擔(dān)心,通過設(shè)計,對靜電積累的電荷進(jìn)行良好的泄放,一般都不會干擾系統(tǒng)的正常工作。4、電快速瞬變脈沖群抗擾度測試:電快速瞬變脈沖群抗擾度實驗是一系列的高頻高壓瞬變脈沖施加在設(shè)備上,觀察設(shè)備是否受到其干擾。防護(hù)群脈沖干擾的主要方法是“疏導(dǎo)”與“堵”,就像我們古代的治水一樣,“疏導(dǎo)”就是提供泄放回路,是干擾在進(jìn)入系統(tǒng)之前,泄放至大地,良好的屏蔽層接地,可以泄放大部分動干擾,“堵”是使群脈沖濾除在設(shè)備之外,增加磁環(huán),效果明顯,封閉磁環(huán)的效果好于對扣磁環(huán),也可以將磁環(huán)加入到板級中,固定在印制板中,這樣使設(shè)備更可靠。對電源線、信號線、通訊線兩端增加磁環(huán),可以對群脈沖干擾進(jìn)行防護(hù)。5、雷擊浪涌沖擊抗擾度測試:

雷擊浪涌主要包含兩個方面,一個是電源防雷,一個是信號防雷。電源防雷主要是針對系統(tǒng)級而言的,系統(tǒng)級設(shè)計要按照三級防雷設(shè)計,總電源進(jìn)入端設(shè)置電源防雷,可以對系統(tǒng)的電源進(jìn)行相關(guān)防護(hù),電源經(jīng)過電源防雷后,進(jìn)入隔離變壓器,隔離變壓器可以對電磁干擾信號進(jìn)行較好的防護(hù),抑制其對系統(tǒng)的干擾。后進(jìn)入UPS,UPS可以濾除一部分干擾信號,這樣電源再進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)備,電源是說說純凈的電源,可以使系統(tǒng)更好、更可靠的工作。信號防雷則是對系統(tǒng)的信號通路進(jìn)行防護(hù),主要涉及的是板級設(shè)計,在板級設(shè)計中增加防雷器件,如氣體放電管,增加TVS泄放回路,當(dāng)有大電流時通過配套電阻和TVS、氣體放電管泄放,對后級電路起到保護(hù)作用。而后信號進(jìn)行光電隔離,再進(jìn)入系統(tǒng),系統(tǒng)可以采集到一個穩(wěn)定的信號,使系統(tǒng)正常分析判斷,正常發(fā)出指令,正常工作。另一方面就是設(shè)計較寬的信號范圍,信號正常波動時,系統(tǒng)正常工作。

浪涌沖擊試驗需要保護(hù)器件:

1.氣體放電管:主要應(yīng)用在交流電源口相線、中線對地的保護(hù),直流電源口的工作地和保護(hù)地之間,信號口中線對地的保護(hù),射頻信號饋線芯線對屏蔽層的保護(hù)。注意:一般用于保護(hù)電路的最前級。 2.壓敏電阻:主要應(yīng)用于直流電源、交流電源、低頻信號線路、帶饋電的天饋線路。注意:不宜用于高頻信號線路保護(hù),一般用于保護(hù)電路的后級。

3.電壓鉗位型瞬態(tài)抑制二極管(TVS):主要用于直流電源、信號線路、天饋線路的防雷保護(hù)。注意:不宜用于交流電源的保護(hù),一般用于最末級的精細(xì)保護(hù)。

4.電壓開關(guān)型瞬態(tài)抑制二極管(TSS):主要用于信號電平較高的信號線路的保護(hù)。

5.熱敏電阻:主要用于做過流保護(hù),常用于用戶線路的保護(hù)。

6、射頻場感應(yīng)傳導(dǎo)騷擾抗擾度測試:傳導(dǎo)抗擾度CS可能會對顯示信號、采集驅(qū)動等造成干擾,可能使顯示閃爍或黑屏,干擾設(shè)備操作,可能使采集驅(qū)動工作異常,采集不到需要的信號,無法驅(qū)動現(xiàn)場設(shè)備。射頻實驗是0.15k~80MHz頻率范圍內(nèi)對信號線、電源進(jìn)行干擾,3級強(qiáng)度是10V/m。射感防護(hù)的原則是將電源、信號線的屏蔽做好,屏蔽層良好接地,選購合適頻率進(jìn)行濾波,將干擾濾除。EMC整改方法:首先,要根據(jù)實際情況對產(chǎn)品進(jìn)行診斷,分析其干擾源所在及其相互干擾的途徑和方式。再根據(jù)分析結(jié)果,有針對性的進(jìn)行整改。一般來說主要的整改方法有如下幾種:

1、減弱干擾源在找到干擾源的基礎(chǔ)上,可對干擾源進(jìn)行允許范圍內(nèi)的減弱,減弱源的方法一般有如下方法:

a、在IC的Vcc和GND之間加去耦電容,該電容的容量在0.01μF到0.1μF之間,安裝時注意電容器的引線,使它越短越好。

b、在保證靈敏度和信噪比的情況下加衰減器。如VCD、DVD視盤機(jī)中的晶振,它對電磁兼容性影響較為嚴(yán)重,減少其幅度就是可行的方法之一,但其不是唯一的解決方法。

c、還有一個間接的方法就是使信號線遠(yuǎn)離干擾源。

2、電線電纜的分類整理在電子設(shè)備中,線間耦合是一種重要的途徑,也是造成干擾的重要原因,因為頻率的因素,可大體分為高頻耦合與低頻耦合。因耦合方式不同,其整改方法也是不同的,下邊分別討論:

(1)低頻耦合是指導(dǎo)線長度等于或小于1/16波長的情況,低頻耦合又可分為電場和磁場耦合。

電場耦合的物理模型是電容耦合,因此整改的主要目的是減小分布耦合電容或減小耦合量,可采用如下的方法:

a、增大電路間距是減小分布電容的最有效的方法。

b、追加高導(dǎo)電性屏蔽罩,并使屏蔽罩單點接地能有效的抑制低頻電場干擾。

c、追加濾波器可減小兩電路間的耦合量。

d、降低輸入阻抗,例如CMOS電路的輸入阻抗很高,對電場干擾極其敏感,可在允許范圍內(nèi)在輸入端并接一個電容或阻值較低的電阻。

磁場耦合的物理模型是電感耦合,其耦合主要是通過線間的分布互感來耦合的,因此整改的主要方法是破壞或減小其耦合量,大體可采用如下的方法:

a追加濾波器,在追加濾波器時要注意濾波器的輸入輸出阻抗及其頻率響應(yīng)。

b減小敏感回路與源回路的環(huán)路面積,即盡量使信號線或載流線與其回線靠近或扭絞在一體。

c增大兩電路間距,以便減小線間互感來減低耦合量。

d若有可能,盡量使敏感回路與源回路平面正交或接近正交來降低兩電路的耦合量。

e用高導(dǎo)磁材料來包扎敏感線,可有效的解決磁場干擾問題,值得注意的是要構(gòu)成閉和磁路,努力減小磁路的磁阻將會更加有效。

(2)高頻耦合是指長于1/4波長的走線由于電路中出現(xiàn)電壓和電流的駐波,會使耦合量增強(qiáng),可采用如下的方法加以解決:

a、盡量縮短接地線,與外殼接地盡量采用面接觸的方式。

b、重新整理濾波器的輸入輸出線,防止輸入輸出線間耦合,確保濾波器的濾波效果不變差。

c、屏蔽電纜屏蔽層采用多點接地。

d、將連接器的懸空插針接到地電位,防止其天線效應(yīng)。

3、改善地線系統(tǒng)

理想的地線是一個零阻抗,零電位的物理實體,它不僅是信號的參考點,而且電流流過時不會產(chǎn)生電壓降。在具體的電氣電子設(shè)備中,這種理想地線是不存在的,當(dāng)電流流過地線時必然會產(chǎn)生電壓降。據(jù)此可根據(jù)地線中干擾形成機(jī)理可歸結(jié)為以下兩點,第一,減小低阻抗和電源饋線阻抗。第二,正確選擇接地方式和阻隔地環(huán)路,按接地方式來分有懸浮地、單點接地、多點接地、混合接地。如果敏感線的干擾主要來自外部空間或系統(tǒng)外殼,此時可采用懸浮地的方式加以解決,但是懸浮地設(shè)備容易產(chǎn)生靜電積累,當(dāng)電荷達(dá)到一定程度后,會產(chǎn)生靜電放電,所以懸浮地不宜用于一般的電子設(shè)備。單點接地適用于低頻電路,為防止工頻電流及其他雜散電流在信號地線上各點之間產(chǎn)生地電位差,信號地線與電源及安全地線隔離,在電源線接大地處單點連接。單點接地主要適用于頻率低于3MHz的情況。多點接地是高頻信號唯一實用的接地方式,在射頻時會呈現(xiàn)傳輸線特性,為使多點接地的有效性,當(dāng)接地導(dǎo)體長度超過最高頻率1/8波長時,多點接地需要一個等電位接地平面。多點接地適用于300KHz以上。混合接地適用于既然有高頻又有低頻的電子線路

4、屏蔽

屏蔽是提高電子系統(tǒng)和電子設(shè)備電磁兼容性能的重要措施之一,它能有效的抑制通過空間傳播的各種電磁干擾。屏蔽按機(jī)理可分為磁場屏蔽與電場屏蔽及電磁屏蔽。電場屏蔽應(yīng)注意以下幾點:

A、選擇高導(dǎo)電性能的材料,并且要有良好的接地。

B、正確選擇接地點及合理的形狀,最好是屏蔽體直接接地。磁場屏蔽通常只是指對直流或甚低頻磁場的屏蔽,其屏蔽效能遠(yuǎn)不如電場屏蔽和電磁屏蔽,磁屏蔽往往是工程的重點,磁屏蔽時:

a、要選用鐵磁性材料。

b、磁屏蔽體要遠(yuǎn)離有磁性的元件,防止磁短路。

c、可采用雙層屏蔽甚至三層屏蔽。

d、屏蔽體上邊的開孔要注意開孔的方向,盡可能使縫的長邊平行于磁通流向,使磁路長度增加最少。一般來說,磁屏蔽不需要接地,但為防止電場感應(yīng),還是接地為好。電磁場在通過金屬或?qū)﹄姶艌鲇兴p作用的阻擋體時,會受到一定程度的衰減,即產(chǎn)生對電磁場的屏蔽作用。在實際的整改過程中視具體需要而定選擇何種屏蔽及屏蔽體的形狀、大小、接地方式等。

5、改變電路板的布線結(jié)構(gòu)

有些頻率點是通過電路板上走線分布參數(shù)所決定的,通過前述方法不大有用,此類整改通過在走線中增加小的電感、電容、磁珠來改變電路參數(shù)結(jié)構(gòu),使其移到限值要求較高的頻率點上。對于這類干擾,要想從根本上解決其影響,就要重新布線。

EMC測試整改的步驟:

第一步:查找確認(rèn)輻射源的方法有排除法、頻譜分析儀頻點搜索法、元件固有頻率分析法。而排除法包含有拔線法、分區(qū)工作排除法、低電壓小電流的人體觸摸法,區(qū)域屏蔽排除法。元件固有頻率分析法是指對一些元件的固定頻率及其倍頻頻率分析歸類法,如晶振和 DDR 等元件的工作頻率都是固定的。第二步:濾波一般分為電容濾波、RC 濾波和 LC 濾波等;

第三步:吸收電磁波方法有電路串聯(lián)磁珠法、繞穿磁環(huán)法和貼吸波材料法。使用吸收電磁波方法時要特別注意:輻射超標(biāo)電磁波頻率必須在所使用的吸波材料所吸收電磁波頻率范圍之內(nèi),否則造成吸波法會失效。

第四步:接地法一般分為單點接地法和多點接地法。

第五步:屏蔽法一般有加屏蔽罩屏蔽法、外殼屏蔽法和PCB 走線布局屏蔽法。

第六步:能量分散法是指一些被測物的控制軟件可利用展頻和跳頻等技術(shù)對能量集中的頻段進(jìn)行展寬頻率帶寬和跳變頻率實現(xiàn)分散頻段能量,從而使附加在單點頻率上的能量降低,也就是起到了單點頻率輻射的電磁波強(qiáng)度降低的功效。故此法對尖峰毛刺形波形的頻率輻射超標(biāo)會起到顯著效果,對包絡(luò)形波形頻率輻射超標(biāo)起不到明顯作用。

這個EMC整改六步法比較適用于常見電子設(shè)備的整改,可以有效提高EMC輻射整改效率,節(jié)省周期,快速通過EMC測試,但其并不是根本性解決EMC問題的方案,EMC的問題最理想還是在設(shè)計端就進(jìn)行考慮,而不是事后用一些“圍追堵截”的方案來應(yīng)急。

EMC測試三個重要規(guī)律

規(guī)律一:EMC費效比關(guān)系規(guī)律:EMC問題越早考慮、越早解決,費用越小、效果越好。

在新產(chǎn)品研發(fā)階段就進(jìn)行EMC設(shè)計,比等到產(chǎn)品EMC測試不合格才進(jìn)行改進(jìn),費用可以大大節(jié)省,效率可以大大提高;反之,效率就會大大降低,費用就會大大增加。經(jīng)驗告訴我們,在功能設(shè)計的同時進(jìn)行EMC設(shè)計,到樣板、樣機(jī)完成則通過EMC測試,是最省時間和最有經(jīng)濟(jì)效益的。相反,產(chǎn)品研發(fā)階段不考慮EMC,投產(chǎn)以后發(fā)現(xiàn)EMC不合格才進(jìn)行改進(jìn),非但技術(shù)上帶來很大難度、而且返工必然帶來費用和時間的大大浪費,甚至由于涉及到結(jié)構(gòu)設(shè)計、PCB設(shè)計的缺陷,無法實施改進(jìn)措施,導(dǎo)致產(chǎn)品不能上市。

規(guī)律二:高頻電流環(huán)路面積S越大, EMI輻射越嚴(yán)重。高頻信號電流流經(jīng)電感最小路徑。當(dāng)頻率較高時, 一般走線電抗大于電阻,連線對高頻信號就是電感,串聯(lián)電感引起輻射。電磁輻射大多是EUT被測設(shè)備上的高頻電流環(huán)路產(chǎn)生的,最惡劣的情況就是開路中的“天線形式”。對應(yīng)處理方法就是減少、減短連線,減小高頻電流回路面積,盡量消除任何非正常工作需要的“天線”,如不連續(xù)的布線或有天線效應(yīng)之元器件過長的插腳。減少輻射騷擾或提高射頻輻射抗干擾能力的最重要任務(wù)之一,就是想方設(shè)法減小高頻電流環(huán)路面積S。在天縱檢測實踐中一些具體方法就是處理好接地問題(電源地與信號地)。

規(guī)律三:環(huán)路電流頻率f越高,引起的EMI輻射越嚴(yán)重,電磁輻射場強(qiáng)隨電流頻率f的平方成正比增大。減少輻射騷擾或提高射頻輻射抗干擾能力的最重要途徑之二,就是想方設(shè)法減小騷擾源高頻電流頻率f,即減小騷擾電磁波的頻率f。關(guān)于這個f規(guī)律,天縱經(jīng)驗上看很多是因為屏蔽和外殼設(shè)計或做工造成的,因為頻率越高,波長越小,越是容易從外殼或屏蔽體的小縫隙中泄露出來。

三:EMI濾波器各部分組成選型:

①共模電感

EMC在電子產(chǎn)品/設(shè)備已經(jīng)成為可靠性的重要組成部分;將越來越被重視!特別對于我們的工業(yè)&消費類產(chǎn)品要求滿足其相應(yīng)的認(rèn)證和出口要求,對應(yīng)的國家政策也在不斷完善;同時國際貿(mào)易的深化發(fā)展;EMC技術(shù)成為電子產(chǎn)品/設(shè)備必過的硬性指標(biāo)!隨著電子產(chǎn)品/設(shè)備的供電系統(tǒng)都開始大量運用高頻開關(guān)電源并且也越來越高端化;因此對電源環(huán)境的要求就越來越高;EMC將是越來越重要!

我們通過如下的框圖結(jié)構(gòu)知道,如果電子產(chǎn)品&設(shè)備開關(guān)電源系統(tǒng)如果不插入EMI濾波器;其很難通過上述的CLASS A/B的標(biāo)準(zhǔn)限值要求;

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開關(guān)電源:EMC的分析和設(shè)計&電子產(chǎn)品&設(shè)備:EMI的分析與設(shè)計技巧-中EMI-傳導(dǎo)高效設(shè)計我的設(shè)計理論是150KHZ-10MHZ我們快速使用EMI輸入濾波器來搞定!!上圖中EMI濾波器中最為關(guān)鍵的設(shè)計為共模電感的選擇和設(shè)計;以下我將共模電感的特性進(jìn)行理論分析!

1.目前推薦及常用的共模電感的結(jié)構(gòu)

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共模電感器等效電路:

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共模電感器磁場分布特點:

A. FCM

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共模磁通基本都在磁芯內(nèi)部,使得共模電感量很大!

B. FDM

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差模磁通通過磁芯外部空氣,使得差模電感量較小!

2.分析兩種常用的共模電感的磁芯結(jié)構(gòu)

A.T Core

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B.SQ Core

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應(yīng)用時注意要點:

Δ對分繞結(jié)構(gòu),工頻功率電流(差模形態(tài))作用下,磁芯存在偏磁磁通;

Δ偏磁磁通沿磁芯分布不均勻,在繞組中間部位磁密最大;

Δ如果在偏磁磁通下,磁密最大處磁芯飽和,則共模感量急劇下降;

Δ漏感(差模電感)越大,在工頻電流下偏磁通越大,則磁芯越易局部飽和;

偏磁電流(直流/工頻)對共模電感的影響需要考慮

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直流電流偏磁影響評估

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3. 共模電感T Core & SQCore的技術(shù)特性比較如下表:

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4.共模電感的常用型號參數(shù)選型表

A.功率范圍:20W--75W

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B.功率范圍:60W--120W

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C.功率范圍:120W--200W

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對于>60W的電源系統(tǒng);扁平銅帶繞制的共模電感替換T-Core的共模電感結(jié)構(gòu)可以提高效率,減小電感的溫升;同時由于扁平線的漏感較低;其寬頻特性就會好于繞線電感!我們通過對比測試曲線得出結(jié)論:扁平線繞組的共模電感其EMI傳導(dǎo)在1MHZ-30MHZ的特性就非常好!

注意:在共模電感應(yīng)用時;直流電流偏磁影響下共模電感的等效Gap對共模和差模的電感特性有較大的影響;因此需要關(guān)注共模電感的通態(tài)電流!

二級濾波器結(jié)構(gòu):

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②展頻晶振工作原理

時鐘信號超標(biāo)通常是令EMC工程師非常頭疼的問題,因為絕大部分的時鐘來源又是由晶振提供。有時,用常規(guī)方法將周邊配置電路重新匹配、隔離、濾波、屏蔽后依然無法解決這個難點。既然超標(biāo)的是尖峰點,就借此把尖峰點的能量給轉(zhuǎn)移。展頻晶振的工作原理就是直接在有源晶振內(nèi)部集成起振電路與展頻電路,從而減少展頻IC外圍電路以達(dá)到減小空間及與其它匹配物料的成本。

展頻晶振依托的擴(kuò)展頻譜技術(shù)是抗干擾通信中的主要應(yīng)用技術(shù),為一種通過調(diào)整時鐘頻率降低EMI電磁干擾的可編程有源晶振。從本質(zhì)上說,擴(kuò)展頻譜是一種以調(diào)制百分比來衡量的調(diào)制方法。展頻晶振通過動態(tài)改變時鐘頻率,有效降低d電磁輻射功率,減少EMI電磁干擾的影響。

展頻晶振優(yōu)勢

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(無展頻晶振)

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(展頻晶振)

相對于其它EMI抑制技術(shù)而言,展頻晶振系統(tǒng)化特點是其最主要的優(yōu)點,由展頻晶振產(chǎn)生的所有時鐘和定時信號也被以同樣的比率加以調(diào)制。這使整個系統(tǒng)EMI得到改善效果。在EMC測試中,只改變一個電容或可編程的數(shù)字輸入就能夠調(diào)節(jié)頻率調(diào)制度(擴(kuò)頻百分比)。另外,展頻晶振在同一產(chǎn)品中可進(jìn)一步集成可編程的EMI抑制和定時功能,使電子產(chǎn)品性能更高,成本更低。

附:晶振知識

晶振一般分為無源晶振(石英晶體諧振器)和有源晶振(石英晶體振蕩器)兩大類。

無源晶振

當(dāng)晶體通過基座、外殼、鋅白銅、上蓋等通過數(shù)十項工藝后就做出了我們的無源晶振。作為電子工程師都知道無源晶振需要起振還需要外圍的起振電路,所以這種簡單的晶振也叫晶體、無源晶振或石英晶體諧振器,優(yōu)點主要為信號電平可變,低成本、低功耗等優(yōu)勢,應(yīng)用場景十分豐富。

有源晶振

當(dāng)我們的電子產(chǎn)品需要精度較高、接線盡可能簡單的情況下就誕生了一種將起振電路IC集成到與水晶一起封裝到外殼里的晶振,即有源晶振、石英晶體振蕩器,其精密度與穩(wěn)定性高于無源晶振。

無源晶振只需要兩個引腳即可,即使做成4PIN的貼片晶振也只用到其中兩個PIN腳,而有源晶振從原理上就決定了需要三個PIN腳才能工作,其中一個懸空的引腳有的廠家也有做使能端。

③磁環(huán)的材料組成:

磁環(huán)是由一種特定的材料組成的,這種材料具有良好的磁性能和物理特性,能夠用于制造各種電子和電磁設(shè)備。下面將介紹幾種常用的磁環(huán)材料及其特點。

1.鐵氧體磁環(huán)材料----一般都是鐵氧體材料

鐵氧體磁環(huán)是一種常見的磁環(huán)材料,由鐵、氧和其他金屬氧化物組成。它具有高磁導(dǎo)率、低磁損耗和良好的熱穩(wěn)定性。鐵氧體磁環(huán)廣泛應(yīng)用于變壓器、電感器、濾波器等電子設(shè)備中。

2.鐵硼磁環(huán)材料

鐵硼磁環(huán)是一種具有高磁能積和良好磁導(dǎo)率的磁環(huán)材料。它由鐵、硼等元素組成,具有較高的矯頑力和剩磁,適用于制造高性能的永磁材料。鐵硼磁環(huán)廣泛應(yīng)用于電機(jī)、發(fā)電機(jī)、傳感器等領(lǐng)域。

3.釹鐵硼磁環(huán)材料

釹鐵硼磁環(huán)是一種具有極高矯頑力和剩磁的磁環(huán)材料。它由釹、鐵、硼等元素組成,具有優(yōu)異的磁性能和物理特性。釹鐵硼磁環(huán)廣泛應(yīng)用于聲音設(shè)備、電子設(shè)備、計算機(jī)硬盤等領(lǐng)域。

4.鐵鎳鈷磁環(huán)材料

鐵鎳鈷磁環(huán)是一種具有高矯頑力和良好磁導(dǎo)率的磁環(huán)材料。它由鐵、鎳、鈷等元素組成,具有較高的磁飽和感應(yīng)強(qiáng)度和磁導(dǎo)率。鐵鎳鈷磁環(huán)廣泛應(yīng)用于電動機(jī)、傳感器、航天器件等領(lǐng)域。

5.鐵鋁磁環(huán)材料

鐵鋁磁環(huán)是一種具有高矯頑力和低磁損耗的磁環(huán)材料。它由鐵、鋁等元素組成,具有較高的磁導(dǎo)率和熱穩(wěn)定性。鐵鋁磁環(huán)廣泛應(yīng)用于變壓器、電感器、電磁閥等領(lǐng)域。

總結(jié)起來,磁環(huán)的材料組成包括鐵氧體、鐵硼、釹鐵硼、鐵鎳鈷和鐵鋁等材料。每種材料都具有不同的磁性能和物理特性,適用于不同的電子和電磁設(shè)備。隨著科技的進(jìn)步,磁環(huán)材料的研究和應(yīng)用將會更加廣泛,為各個領(lǐng)域的發(fā)展提供更好的支持。

④電容的濾波頻段:

電容的濾波頻率是指它對電路中信號的頻率起到濾被作用的范圍,電容作為一種常見的電子元件,在電路中具有廣泛的應(yīng)用。了解電容的濾波頻率,對于理解電路工作原理以及設(shè)計電路時的參數(shù)選擇都非常重要。 首先,我們來了解一下什么是電容的濾波頻率。在電路中,電容可以起到濾波的作用,它能夠通過對不同頻率的信號進(jìn)行阻隔或通過來實現(xiàn)電路對信號頻率的選擇性響應(yīng)。當(dāng)信號的頻率低于電容的濾波頻率時,電容對信號會有較高的阻礙作用,使得該頻率信號難以通過;而當(dāng)信號的頻率高于電容的濾波頻率時,電容對該頻率信號的阻隔作用較低,使得該頻率信號較容易通過. 那么,如何確定電容的濾波頻率呢?電容的濾波頻率與其自身的特性以及電路中的其他元件有關(guān),電容本身具有一個固有的電容值,一般用法拉第(F)作為單位表示。此外,電容坯有一個特性參數(shù),即ESR(Equivalent SeriesResistance)。ESR是指電容器內(nèi)部的等效串聯(lián)電阻,它會對濾波頻率產(chǎn)生一定的影響。除此之外,電容在電路中還會與其他元件(如電感、電阻等)相互作用,從而影響濾波頻率的確定。 在實際的電路設(shè)計中,我們通常需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求來選擇合道的電容和濾波頻率。例如,在音頻放大器中,我們希望能夠濾除低頻嗓聲,提升音質(zhì),這時我們需要選擇較低的濾波頻率;而在無線通信系統(tǒng)中,我們常常需要選擇高頻率的濾波頻率,以濾除輸入信號中的干擾. 此外,我們還需要注意到電容的濾波頻率和其他元件參數(shù)之間的相互影響。例如,電容和電感是常見的濾波電路元件,它們組成了LC濾波器。LC濾波器的濾波頻率由電容和電感的數(shù)值共同決定,通過合理地選擇電容和電感的數(shù)值,我們可以實現(xiàn)對特定頻率范圍的濾波效果。 練上所述,電容的濾波頻率對于電路設(shè)計和信號處理具有重要的意義。了解電容的濾波頻率,可以幫助我們理解電路工作原理,選擇合道的電容和濾波頻率參數(shù),實現(xiàn)對不同頻率信號的選擇性響應(yīng)。無論是在音頻放大器、無線通信系統(tǒng)還是其他電子設(shè)備中,電容的濾波頻率都是一項重要的參數(shù),它能夠有效地提升電路的性能和信號品質(zhì)。因此,在進(jìn)行電路設(shè)計或選購電子元件時,我們都應(yīng)該注意電容的濾波頻率,以確保電路的正常工作和優(yōu)質(zhì)的信號處理。

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四:開關(guān)電源差模 共模噪聲等效電路

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審核編輯:湯梓紅

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