EMC原理传导(共模差模)辐射(近场远场)详解

EMC原理传导(共模差模)辐射(近场远场)详解
第⼀章、EMC概念介绍
EMC(electromagnetic compatibility)作为产品的⼀个特性,译为电磁兼容性;如果作为⼀门学科,则译为电磁兼容。它包括两个概念:EMI和EMS。EMI(electromagneticinterference)电磁⼲扰,指⾃⾝⼲扰其它电器产品的电磁⼲扰量。EMS (electromagneticsusceptibility)电磁敏感性,也有称为电磁抗扰度,是指能忍受其它电器产品的电磁⼲扰的程度。因此,电磁兼容性EMC⼀⽅⾯要滤除从电源线上引⼊的外部电磁⼲扰(辐射+传导),另⼀⽅⾯还能避免本⾝设备向外部发出噪声⼲扰,以免影响同⼀电磁环境下其他电⼦设备的正常⼯作。EMC滤波器主要是⽤来滤除传导⼲扰,抑制和衰减外界所产⽣的噪声信号⼲扰和影响受到保护的设备,同时抑制和衰减设备对外界产⽣⼲扰。⽽辐射⼲扰主要通过屏蔽的⼿段加以滤除。
从滤波器的功能来看,它的作⽤是允许某⼀部分频率的信号顺利的通过,⽽另外⼀部分⽆⽤频率的信号则受到较⼤的抑制,它实质上是⼀个选频电路。⽽我们常见的低通滤波器功能是允许信号中的低频或直流分量通过,抑制⾼频分量或⼲扰噪声。
电源噪声⼲扰在⽇常⽣活中很常见。⽐如你正在使⽤电脑的时候,当⼿机信号出现时,电脑⾳响会有杂⾳。⽐如电话或⼿机通话时有嗞嗞的杂声。⼜⽐如使⽤电吹风烫头发时,电视机不但会产⽣噪⾳,⽽且
屏幕会出现很⼤的雪花般的条纹。这都是⼀些常见的噪声信号⼲扰,但实际上有些⼲扰⽇常看不到,⼀但受到影响就有可能措⼿不及,甚⾄不到根源。这些噪声信号如果出现在⾃动化仪器,医疗仪器有可能带来极⼤的损失甚⾄⽣命安全。⽐如,会造成⾃动化仪器误动作,造成医疗仪器失控等等。
我们常说的噪声⼲扰,是指对有⽤信号以外的⼀切电⼦信号的⼀个总称,也可以理解为电磁⼲扰。最初,⼈们把造成收⾳机之⾳响设备所发出噪声的那些电⼦信号,称为噪声。但是,⼀些⾮有⽤电⼦信号对电⼦电路造成的后果并⾮都和声⾳有关,因此,后来⼈们逐步扩⼤了噪声概念。如:某⼀频率的⽆线电波信号,对需要接收这种信号的接收机来讲,它是正常的有⽤信号,⽽对于另⼀频率的接收机它就是⼀种⽆⽤信号,即是噪声。
噪声按传播路径来分可分为传导噪声⼲扰和空间噪声⼲扰。其传导⼲扰主要通过导体传播,通过导电介质把⼀个电⽹络上的信号耦合(⼲扰)到另⼀个电⽹络,其频谱主要为30MHz以下。⽽空间噪声⼲扰源通过空间把其信号耦合(⼲扰)到另⼀个电⽹络,其频率范围⽐传导噪声频率宽很多,30Hz-30GHz。传导噪声⼲扰可以通过设计滤波电路或追加滤波器的⽅法来进⾏抑制和衰减,⽽空间辐射⼲扰主要通过主要应⽤密封屏蔽技术,在结构上实⾏电磁封闭。⽬前为减少重量⼤都采⽤铝合⾦外壳,但铝合⾦导磁性能差,因⽽外壳需要镀⼀层镍或喷涂导电漆,内壁贴覆⾼导磁率的屏蔽材料。
上⾯我们提到传导噪声⼲扰,⼜分为差模⼲扰与共模⼲扰两种。差模⼲扰是两条电源线之间(简称线
对线)的噪声,主要通过选择合适的电容(X电容),差模线圈来进⾏抑制和衰减。共模⼲扰则是两条电源线对⼤地(简称线对地)的噪声,主要通过选择合适的电容(Y电容),和共模线圈来进⾏抑制和衰减。我们常见的低通滤波器⼀般同时具有抑制共模和差模⼲扰的功能。
第⼆章、感应⼲扰(近场)
常见的电场如两个⾦属板两端加电压。
常见的磁场如两个磁铁之间的磁场。
电磁波的速度在空⽓中接近于光速。波长=c/f=3x108/f = 300/F(MHz)如,F=10MHz 波长=30⽶ r =波长/2*3.14=4.77⽶。频率为10MHz的电磁波发射源,在离发射源⼤于4,77⽶时,为远场,⼩于4,77⽶时,为近场。
穿心电容
第三章、辐射⼲扰(远场)
3.1.原理及产⽣原因
根据麦克斯韦⽅程,变化电场产⽣变化磁场,变化磁场产⽣变化的电场。
设备内每个电路都可能是天线,外壳和电缆都可能是天线的⼀部分。
我的理解是静电场和静磁场只对近距离的设备产⽣⼲扰。
交变的电场和交变的磁场不光对近距离设备产⽣⼲扰,还对很远处的设备产⽣⼲扰。
不论是电场⼲扰还是磁场⼲扰远距离传播以后,都是以交变的电磁场形式传播。
电磁场解释
电磁场有内在联系、相互依存的电场和磁场的统⼀体和总称。随时间变化的电场产⽣磁场,随时间变化的磁场产⽣电场,两者互为因果,形成电磁场。电磁场可由变速运动的带电粒⼦引起,也可由强弱变化的电流引起,不论原因如何,电磁场总是以光速向四周传播,形成电磁波。电磁场是电磁作⽤的媒递物,具有能量和动量,是物质存在的⼀种形式。电磁场的性质、特征及其运动变化规律由麦克斯韦⽅程组确定。
3.2.如何影响设备
敏感设备受空间⼲扰
其中f为频率B为磁感应强度A为⾯积E为电场强度
3.3.如何滤除辐射⼲扰
如在源及敏感设备外围加屏蔽,隔断辐射路径;以及在敏感设备各端⼝增加滤波电路,阻⽌已耦合到端⼝上噪声进⼊设备内。
3.4.如何减少辐射⼲扰
⽅法1:采⽤同轴电缆双绞线绞合电缆。
如MR6;IDM11的电缆线就是绞合电缆
⽅法2:应尽量减⼩有⽤信号的⾼次谐波成分(频率越⾼,辐射越强)
⽅法3:采取屏蔽⽅法
通⽓⼝,尽量⽤⼩圆孔,避免⽤长条形通⽓孔。
普通滤波器原理图
如图1,3为差模电容,2为共模电感,4为共模电容。
⼀般滤波器不单独使⽤差模线圈,因为共模电感两边绕线不⼀致等原因,电感必定不会相同,因此能起到⼀定的差模电感的作⽤。如果差模⼲扰⽐较严重,就要追加差模线圈。
第四章、差模⼲扰
4.1 差模⼲扰:简单的说就是线对线的⼲扰。
如图,我们可以看到差模的原理图。UDM就是差模电压,IDM就是差模电流。IDM⼤⼩相同,⽅向相反。
4.2 差模⼲扰产⽣的原因
差模⼲扰中的⼲扰是起源在同⼀电源线路之中(直接注⼊).如同⼀线路中⼯作的电机,开关电源,可控硅等,他们在电源线上所产⽣的⼲扰就是差模⼲扰。
4.3如何影响设备。
差模⼲扰直接作⽤在设备两端的,直接影响设备⼯作,甚⾄破坏设备。(表现为尖峰电压,电压跌落及中断.)
4.4.如何滤除差模⼲扰
主要采⽤差模电感和差模电容。
4.4-1差模电感⼯作原理:
可以看到,当电流流过差模线圈之后,线圈⾥⾯的磁通是增强的,相当于两个磁通之和。
线圈特性低频率低阻抗⾼频率⾼阻抗决定了在⾼频时利⽤它的⾼阻抗衰减差模信号。(如图下图所⽰):当频率为50Hz时,线圈阻抗接近于0,相当于⼀根导线,不起任何衰减作⽤。
当频率为500kHz时,阻抗达到5k欧,⽽理想状态下,此时负载阻抗⼀般考虑为50欧,
根据上⾯公式,此时差模线圈分得了99%的差模⼲扰电压,⽽负载只分得了1%的差模⼲扰电压。
同时,电流也有很⼤衰减。(可以算出此时线圈的差模插⼊损耗)
4.4-2差模电容⼯作原理。

本文发布于:2024-09-21 10:44:29,感谢您对本站的认可!

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