防電磁干擾主要有哪些措施?
防電磁干擾主要有三項措施,即屏蔽、濾波和接地。往往單純采用屏蔽不能提供完整的電磁干擾防護(hù),因為設(shè)備或系統(tǒng)上的電纜是最有效的干擾接收與發(fā)射天線。許多設(shè)備單臺做電磁兼容實驗時都沒有問題,但當(dāng)兩臺設(shè)備連接起來以后,就不滿足電磁兼容的要求了,這就是電纜起了接收和輻射天線的作用。唯一的措施就是加濾波器,切斷電磁干擾沿信號線或電源線傳播的路徑,與屏蔽共同構(gòu)成完美的電磁干擾防護(hù),無論是抑制干擾源、消除耦合或提高接收電路的抗能力。都可以采用濾波技術(shù)。濾波技術(shù)是抑制干擾的一種有效措施,尤其是在對付開關(guān)電源EMI信號的傳導(dǎo)干擾和某些輻射干擾方面,具有明顯的效果。
任何電源線上傳導(dǎo)干擾信號,均可用差模和共模干擾信號來表示。
差模干擾在兩導(dǎo)線之間傳輸,屬于對稱性干擾;共模干擾在導(dǎo)線與地(機殼)之間傳輸,屬于非對稱性干擾。在一般情況下,差模干擾幅度小、頻率低、所造成的干擾較小,共模干擾幅度大、頻率高,還可以通過導(dǎo)線產(chǎn)生輻射,所造成的干擾較大。因此,欲削弱傳導(dǎo)干擾,把EMI信號控制在有關(guān)EMC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限電平以下。除抑制干擾源以外,最有效的方法就是在開關(guān)源輸入和輸出電路中加裝EMI濾波器。一般設(shè)備的工作頻率約為10~50 kHz。EMC很多標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的傳導(dǎo)干擾電平的極限值都是從10 kHz算起。對開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻段EMI信號,只要選擇相應(yīng)的去耦電路或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為簡單的EMI濾波器,就不難滿足符合EMC標(biāo)準(zhǔn)的濾波效果。
是指交流電網(wǎng)上出現(xiàn)的浪涌電壓、振鈴電壓、火花放電等瞬間干擾信號,其特點是作用時間極短,但電壓幅度高、瞬態(tài)能量大。瞬態(tài)干擾會造成單片開關(guān)電源輸出電壓的波動;當(dāng)瞬態(tài)電壓疊加在整流濾波后的直流輸入電壓VI上,使VI超過內(nèi)部功率開關(guān)管的漏-源擊穿電壓V(BR)DS時,還會損壞TOPSwitch芯片,因此必須采用抑制措施。通常,靜電放電(ESD)和電快速瞬變脈沖群(EFT)對數(shù)字電路的危害甚于其對模擬電路的影響。靜電放電在5 — 200MHz的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生強烈的射頻輻射。此輻射能量的峰值經(jīng)常出現(xiàn)在35MHz — 45MHz之間發(fā)生自激振蕩。許多I/O電纜的諧振頻率也通常在這個頻率范圍內(nèi),結(jié)果,電纜中便串入了大量的靜電放電輻射能量。當(dāng)電纜暴露在4 — 8kV靜電放電環(huán)境中時,I/O電纜終端負(fù)載上可以測量到的感應(yīng)電壓可達(dá)到600V。這個電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了典型數(shù)字的門限電壓值0.4V。典型的感應(yīng)脈沖持續(xù)時間大約為400納秒。將I/O電纜屏蔽起來,且將其兩端接地,使內(nèi)部信號引線全部處于屏蔽層內(nèi),可以將干擾減小60 — 70dB,負(fù)載上的感應(yīng)電壓只有0.3V或更低。電快速瞬變脈沖群也產(chǎn)生相當(dāng)強的輻射發(fā)射,從而耦合到電纜和機殼線路。
電源線濾波器可以對電源進(jìn)行保護(hù)。線 — 地之間的共模電容是抑制這種瞬態(tài)干擾的有效器件,它使干擾旁路到機殼,而遠(yuǎn)離內(nèi)部電路。當(dāng)這個電容的容量受到泄漏電流的限制而不能太大時,共模扼流圈必須提供更大的保護(hù)作用。這通常要求使用專門的帶中心抽頭的共模扼流圈,中心抽頭通過一只電容(容量由泄漏電流決定)連接到機殼。共模扼流圈通常繞在高導(dǎo)磁率鐵氧體芯上,其典型電感值為15 ~ 20mH。
往往單純采用屏蔽不能提供完整的電磁干擾防護(hù),因為設(shè)備或系統(tǒng)上的電纜才是最有效的干擾接收與發(fā)射天線。許多設(shè)備單臺做電磁兼容實驗時都沒有問題,但當(dāng)兩臺設(shè)備連接起來以后,就不滿足電磁兼容的要求了,這就是電纜起了接收和輻射天線的作用。唯一的措施就是加濾波器,切斷電磁干擾沿信號線或電源線傳播的路徑,與屏蔽共同夠成完善的電磁干擾防護(hù),無論是抑制干擾源、消除耦合或提高接收電路的抗能力,都可以采用濾波技術(shù)。針對不同的干擾,應(yīng)采取不同的抑制技術(shù),由簡單的線路清理,至單個元件的干擾抑制器、濾波器和變壓器,再至比較復(fù)雜的穩(wěn)壓器和凈化電源,以及價格昂貴而性能完善的不間斷電源,下面分別作簡要敘述。
濾波,指的是將信號中特定波段頻率濾除的操作,是抑制和防止干擾的一項重要措施。濾波是根據(jù)觀察某一隨機過程的結(jié)果,對另一與之有關(guān)的隨機過程進(jìn)行估計的概率理論與方法。在信號處理領(lǐng)域中,濾波是一個核心概念,它分為經(jīng)典濾波和現(xiàn)代濾波兩種類型。
經(jīng)典濾波的概念是基于傅立葉分析和變換的工程概念。根據(jù)高等數(shù)學(xué)理論,任何一個滿足一定條件的信號都可以被看作是由無限個正弦波疊加而成。這些不同頻率的正弦波構(gòu)成了信號的頻率成分或諧波成分。經(jīng)典濾波器或濾波電路是一種只允許一定頻率范圍內(nèi)的信號成分正常通過,而阻止另一部分頻率成分通過的電路。
實際上,任何電子系統(tǒng)都具有自己的頻帶寬度,即信號最高頻率的限制,這種頻率特性反映了電子系統(tǒng)的基本特點。濾波器則是根據(jù)電路參數(shù)對電路頻帶寬度的影響而設(shè)計出的工程應(yīng)用電路。
理想濾波器的行為特性通常用幅度-頻率特性圖描述,即濾波器的幅頻特性。對于濾波器,增益幅度不為零的頻率范圍稱為通頻帶(簡稱通帶),增益幅度為零的頻率范圍稱為阻帶。通帶表示能夠通過濾波器而不產(chǎn)生衰減的信號頻率成分,阻帶則表示被濾波器衰減掉的信號頻率成分。
現(xiàn)代濾波利用模擬電子電路對模擬信號進(jìn)行濾波,其基本原理是利用電路的頻率特性實現(xiàn)對信號中頻率成分的選擇。
- **高通濾波器**:允許信號中較高頻率的成分通過。
- **低通濾波器**:允許信號中較低頻率的成分通過。
- **帶通濾波器**:允許頻率在某一范圍內(nèi)的信號通過。
- **帶阻濾波器**:衰減某一頻率范圍內(nèi)的信號。
理想情況下,直流電源輸出的是穩(wěn)定的直流電壓,不需要濾波。然而,在實際應(yīng)用中,由于電源內(nèi)部存在內(nèi)阻,并且傳輸線路也存在阻抗,直流電源的輸出往往包含一些脈動成分,即紋波。這些紋波成分對電路的穩(wěn)定性和性能會產(chǎn)生不利影響,因此需要通過濾波來減小或消除。
濾波電容器可以降低電源的交流阻抗。在電源輸出端加上電容后,瞬間增大且維持時間很短的電流可以由電容提供,瞬間減小且維持時間很短的電流則會使電容反向充電。這些瞬間變化的電流較大一部分不需要經(jīng)過電源內(nèi)阻,直接在電容上交換,從而降低了電源的交流阻抗。濾波電路的基本作用是讓某種頻率的電流通過或阻止某種頻率的電流通過。對于直流電源而言,濾波電路的作用是盡可能減小脈動的直流電壓中的交流成分,保留其直流成分,使輸出電壓的紋波系數(shù)降低,波形變得比較平滑。
整流電路的輸出電壓并不是純粹的直流,而是含有較大的脈動成分,稱為紋波。為了獲得比較理想的直流電壓,需要利用具有儲能作用的電抗性元件組成的濾波電路來濾除整流電路輸出電壓中的脈動成分。
濾波電容器在這里起到了關(guān)鍵作用。當(dāng)整流電路輸出的脈動電壓上升時,電容器充電,吸收多余的電能;當(dāng)脈動電壓下降時,電容器放電,釋放電能,從而平滑輸出電壓。通過合理選擇電容器的容量和類型,可以顯著降低輸出電壓的紋波,提高直流電源的穩(wěn)定性和性能。
在實際應(yīng)用中,直流電源往往需要為各種電路和設(shè)備提供穩(wěn)定的供電。直流電源的穩(wěn)定性和精度直接關(guān)系到系統(tǒng)的性能和可靠性。因此,在這些應(yīng)用中,濾波成為不可或缺的一部分。通過合理的濾波設(shè)計和選擇,可以確保直流電源輸出的穩(wěn)定性和精度,提高系統(tǒng)的性能和可靠性。