EMI测试与解决

一、EMI测试中出现的词语解释

PK(PEAK)是指峰值(单位时间内的最高值),QP(QUASI-PEAK)是指准峰值(单位时间内的平均值),AV(AVERAGE)是平均值,其3者之间的关系是PK>QP>AV(同一个频率点)。

绿色的线表示是PK值,蓝色的线是AV值。实际上EN55014规范要求QP要满足最上面的红线要求(低于最高的红线),而AV满足下面第二条红线要求。但扫QP的时间较长,所以实际扫的都是PK值。所以给的图是有1个点不满足要求,需要抓QP。 

二、共模差模

1、共模差模定义:

共模干扰的特点是干扰的大小和方向一致,存在于电源任何一相对大地、或中线对大地间。共模干扰也称为纵模干扰、不对称干扰或接地干扰。是载流体与大地之间的干扰。

差模干扰的特点是大小相等,方向相反,存在于电源相线与中线及相线与相线之间。差模干扰也称为常模干扰、横模干扰或对称干扰。是施加于载流体之间的干扰。

2、运放中的共模差模:

差模和共模是对于差动放大电路的两个输入端而言的。如果差动放大电路的两管基极输入的信号幅度相等、极性相反,这样的信号称为差模信号,这样的输入称为差模输入。如果差动放大电路的两管基极输入的信号幅度相等、极性相同,这样的信号称为共模信号,这样的输入称为共模输入。待放大的有用信号是以差模输入的,能够被差动放大电路放大。有害的共模信号(温度、电源电压等的变化引起的零点漂移和其他干扰信号都可以视作共模信号)将被差动放大电路抑制。

3、共模差模另类解释:

(1)两只船,分别站着一个MM和一个GG. MM和GG手拉着手. 当船上下波动时,MM才能感觉到GG变化的拉力。这两个船之间的高度差就是差模信号。

当水位同时升高或者降低时,MM并不能感觉到这个拉力. 这两个船离水底的绝对高度就是共模信号。MM和GG只对差模信号响应,而对共模信号不响应。当然,也有一定的共模范围了,别沉到了水底,这样船都无法再波动了。水位也别太高,高了会顶到天的......

(2)洪水来时,水位对一只船来说是共模的,水涨船高;而对于固定的房子来说,是差模的。 

三、解决EMI之传导干扰的八大绝招

电磁干扰EMI中电子设备产生的干扰信号是通过导线或公共电源线进行传输,互相产生干扰称为传导干扰。传导干扰给不少电子工程师带来困惑,如何解决传导干扰?找对方法,你会发现,传导干扰其实很容易解决,只要增加电源输入电路中EMC滤波器的节数,并适当调整每节滤波器的参数,基本上都能满足要求,第七届电路保护与电磁兼容研讨会主办方总结八大对策,以解决对付传导干扰难题。

对策一:尽量减少每个回路的有效面积

传导干扰分差模干扰DI和共模干扰CI两种。先来看看传导干扰是怎么产生的。如图1所示,回路电流产生传导干扰。这里面有好几个回路电流,我们可以把每个回路都看成是一个感应线圈,或变压器线圈的初、次级,当某个回路中有电流流过时,另外一个回路中就会产生感应电动势,从而产生干扰。减少干扰的最有效方法就是尽量减少每个回路的有效面积。

对策二:屏蔽、减小各电流回路面积及带电导体的面积和长度

如图2 所示,e1、e2、e3、e4为磁场对回路感应产生的差模干扰信号;e5、e6、e7、e8为磁场对地回路感应产生的共模干扰信号。共模信号的一端是整个线路板,另一端是大地。线路板中的公共端不能算为接地,不要把公共端与外壳相接,除非机壳接大地,否则,公共端与外壳相接,会增大辐射天线的有效面积,共模辐射干扰更严重。降低辐射干扰的方法,一个是屏蔽,另一个是减小各个电流回路的面积(磁场干扰),和带电导体的面积及长度(电场干扰)。

对策三:对变压器进行磁屏蔽、尽量减少每个电流回路的有效面积

如图3所示,在所有电磁感应干扰之中,变压器漏感产生的干扰是最严重的。如果把变压器的漏感看成是变压器感应线圈的初级,则其它回路都可以看成是变压器的次级,因此,在变压器周围的回路中,都会被感应产生干扰信号。减少干扰的方法,一方面是对变压器进行磁屏蔽,另一方面是尽量减少每个电流回路的有效面积。

对策四:用铜箔对变压器进行屏蔽

如图4所示,对变压器屏蔽,主要是减小变压器漏感磁通对周围电路产生电磁感应干扰,以及对外产生电磁辐射干扰。从原理上来说,非导磁材料对漏磁通是起不到直接屏蔽作用的,但铜箔是良导体,交变漏磁通穿过铜箔的时候会产生涡流,而涡流产生的磁场方向正好与漏磁通的方向相反,部分漏磁通就可以被抵消,因此,铜箔对磁通也可以起到很好的屏蔽作用。

对策五:采用双线传输和阻抗匹配

如图5所示,两根相邻的导线,如果电流大小相等,电流方向相反,则它们产生的磁力线可以互相抵消。对于干扰比较严重或比较容易被干扰的电路,尽量采用双线传输信号,不要利用公共地来传输信号,公共地电流越小干扰越小。当导线的长度等于或大于四分之一波长时,传输信号的线路一定要考虑阻抗匹配,不匹配的传输线会产生驻波,并对周围电路产生很强的辐射干扰。

对策六:减小电流回路的面积

图6
如图6所示,磁场辐射干扰主要是流过高频电流回路产生的磁通窜到接收回路中产生的,因此,要尽量减小流过高频电流回路的面积和接收回路的面积。式中:e1、 Φ1、S1、B1分别为辐射电流回路中产生的电动势、磁通、面积、磁通密度; e2、 Φ2、S2、B2分别为辐射电流回路中产生的电动势、磁通、面积、磁通密度。

图7

下面以图7示意,对电流回路辐射进行详解。如图,S1为整流输出滤波回路,C1为储能滤波电容,i1为回路高频电流,此电流在所有的电流回路中最大,其产生的磁场干扰也最严重,应尽量减小S1的面积。

在S2回路中,基本上没有高频回路电流,∆I2主要是电源纹波电流,高频成分相对很小,所以S2的面积大小基本上不需要考虑。 C2为储能滤波电容,专门为负载R1提供能量,R1、R2不是单纯的负载电阻,而是高频电路负载,高频电流i3基本上靠C2提供,C2的位置相对来说非常重要,它的连接位置应该考虑使S3的面积最小,S3中还有一个∆I3,它主要是电源纹波电流,也有少量高频电流成份。在 S4回路中,基本上也没有高频回路电流,∆I4主要为电源纹波电流,高频成分相对很小,所以S4的面积大小基本上也不需要考虑。 S5回路的情况基本上与S3回路相同,i5的电流回路面积也应要尽量的小。

对策七:不要采用多个回路串联供电

图 7中的几个电流回路,互相串联在一起进行供电,很容易产生电流共模干扰,特别是在高频放大电路中,会产生高频噪音。电流共模干扰的原因是: ∆I2 = ∆I3+ ∆I4+ ∆I5

图8

而图8中各个电流回路,互相分开,采用并联供电,每个电流回路都是独立的,不会产生电流共模干扰。

对策八:避免干扰信号在电路中产生谐振

图9

如图9所示,共模天线的一极是整个线路板,另一极是连接电缆中的地线。要减小辐射干扰最有效的方法是对整个线路板进行屏蔽,并且外壳接地。电场辐射干扰的原因是高频信号对导体或引线进行充电,应该尽量减小导体的长度和表面积。磁场干扰的原因是在导体或回路中有高频电流流过,应该尽量减小线路板中电流回路的长度和面积。频率越高,电磁辐射干扰就越严重;当载流体的长度可以与信号的波长比拟时,干扰信号辐射将增强。

当载流体的长度正好等于干扰信号四分之一波长的整数倍的时候,干扰信号会在电路中产生谐振,这时辐射干扰最强,这种情况应尽量避免。

看到这里,是否觉得按此八步走,传导干扰尽在掌握之中?最后附上各种干扰脉冲波形的频谱供大家参考(如图10)。任何一个非正弦波都可以看成是非常多个上升和下降速率不同的信号(或不同频率的正弦波)相互迭加而成,电磁辐射强度与电压或电流的变化速率成正比。
各种干扰脉冲波形的频谱:

永不止步步 发表于12-27 10:38 浏览65219次
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永不止步步
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