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几种实用的抑制电磁干扰的方法
2018-07-11     来源:电子器件    作者:陈睿琦 康文 齐欣    浏览:142    评论:0        
导读:摘要:电磁干扰问题不仅影响到电子仪器工作的质量,有时更是破坏整个系统正常运行的祸害。本文介绍了出现电磁干扰的三个必要环节。针对经常出现的电磁干扰问题的各种情况,提出了相应的用于抑制电磁干扰的方法,并对这

摘要:电磁干扰问题不仅影响到电子仪器工作的质量,有时更是破坏整个系统正常运行的祸害。本文介绍了出现电磁干扰的三个必要环节。针对经常出现的电磁干扰问题的各种情况,提出了相应的用于抑制电磁干扰的方法,并对这些方法的原理及应用环境进行了分析。

关键词:电磁干扰;共模及差模干扰;隔离变压器;脉冲吸收;阻抗匹配

磁干扰问题随着各种电子电气设备的增加越来越凸现其严重性,变成了设计现代工业生产中的一个不可忽视的环节,在设计中越早发现潜在的电磁干扰问题,就越能节约以后改进电路的成本。许多国家为此专门制定了电磁兼容的标准。

总的来说电磁干扰的出现可以分为三个组成部分:电磁干扰源、耦合路径、易受干扰的器件。要减少电磁干扰,则在电磁干扰源和耦合路径这两者之间注意控制其发射和降低电磁辐射;在耦合路径和易受干扰的器件之间要增加器件的抗干扰能力。要达到上述的这些目的,可以采用多种方法,下面将介绍几种实用的电磁干扰抑制方法。

1 共模及差模干扰抑制的方法

1.1.1共模干扰和差模干扰

共模干扰是指以传输目标信号的双线作为一线,以地为另一线构成传输回路,让干扰信号进入工作单元地的模式。共模干扰的特点是感应在传输线和地线上的干扰信号幅值大小,方向都一样。这种干扰一般集中在1M H z以上的区域。差模干扰是指与目标信号一起沿正常信号回路传输而窜入工作单元的干扰信号。一般集中在1MHz以下的区域。

共模干扰和差模干扰是线路中最常见的电磁干扰,如受雷电电弧闪照的电台或者其他大功率辐射装置的近旁,它们在电缆上产生的干扰一般为共模干扰;在同一条电力线上工作的马达,开关电源、可控硅等会在电源线上所产生的干扰,一般为差模干扰。

1.1.2 抑制方法

抑制共模干扰的一种简单的方法就是给怀疑感应有共模干扰的信号线加装共模扼流圈。仅对共模电流有电感作用的扼流圈称为共模扼流圈。它的绕法是使两根导线上的差模电流在磁芯内产生的磁场大小相等方向相反,相互抵消,所以对差模信号不具有电感的效果,反之对共模信号而言,产生的磁通加倍,呈现较大的感性阻抗以阻碍干扰信号的通过。

对于共模扼流圈,电压较高时,去线和回线分开绕,以保证足够的绝缘电压。电压较低时,可以双线并绕,如图1所示 。

图1 共模扼流圈的双线并绕情况

共模扼流圈所选的材料一般采用Λ值较高的铁氧体铁芯,由此来得到较大的电感值,最好是采用横截面积较大的磁芯绕制成多匝线圈。应注意的是,由于差模磁通是远离磁芯(环形结构)的,所以不可能完全抵消,因此可能会产生极强的辐射。尤其是滤波器安装在PCB 板上的情况下,这种辐射可以耦合到电源线,使传导发射增强。当磁性材料被带到场内时(例如,环形磁芯放置在铁壳里),差模磁导率就可能会显著地增加,从而由于差模电流而导致磁芯的饱和。所以此时应该做好扼流圈与电路板之间的屏蔽措施。

共模扼流圈典型的应用是在有较大干扰的电路中,如大电流,高电压中的小电路的时钟信号输出不稳定,就可以考虑用此方法有效地减小电磁干扰,保证时钟信号的正常输出。

如图2为未加扼流圈时的时钟波形,图3为加上扼流圈后的时钟波形,可以看到加上扼流圈以后输出波形在有干扰的情况下得到改善。

差模扼流圈一般都绕在一个独立的磁芯上,一般为了防止磁芯饱和则在铁粉磁芯上绕制,但是这种磁芯往往磁导率较低。有时为了避免磁芯饱和,在磁路开放的磁芯上绕制,通过减小磁芯中的磁通密度来避免饱和,但是这种情况下应做好屏蔽措施,以防止电感形成一个新的干扰源。

图2 未加扼流圈的时钟波形

图3 加上扼流圈后的时钟波形

一般在电路中使用较广泛地是如图4所示的交流电源滤波器:

图4 交流电源滤波器

L 1,L2为共模扼流圈,它既通过初次级电感

线圈实现差分滤波,又通过其次级电感线圈实现共模滤波。L 1,C x 1,C x 2构成差分滤波回路,以消除进线的噪声。L 1,C y 1,C y 2构成共模滤波网络,以减小接线回路噪声和大地的电位差。对于508的终端阻抗,典型的E M I 在差分模式能降低50dB 十倍频程,而在共模模式可以降低40dB 十倍频程。C x 1,C x 2一般选用高容程,而在共模模式可以降低40dB 十倍频程。C x 1,C x 2一般选用高容值的金属膜电容,容值01uF ~1uF 。C y 1,C y 2为成对的容值相等的电容构成,其大小注意符合安全规则的限制。

2 隔离变压器的应用

变压器一般在电路中可以起到隔离电路间的直接耦合的作用。但应该注意到变压器初次级之间存在寄生电容,进入电源变压器初次级的高频干扰能通过分布电容耦合到电源变压器的次级,所以应该在变压器初次级间增加屏蔽层,如图5所示。

图5 隔离变压器

加屏蔽层以后,相当于将原干扰信号用两个电容C 1,C 2进行了分压,并且可使大部分高频干扰通过初级与屏蔽层之间的寄生电容引入地,从了次级。相应地,屏蔽层应选择导电性良好地材料,且只能有一端接地,另一端悬空,才能达到作用,若有条件,可以在初次级中间加两个屏蔽层,这样效果会更好。

隔离变压器可以用在仪器被窜入电源线的干扰而影响了正常工作的情况,将电源和仪器之间加入隔离变压器,可以起到阻断耦合路径的作用。这里的仪器可以是时钟盒,示波器等。

3 脉冲电压吸收电路

在电路的开关附近的电路最容易受到开关闭合,断开产生的脉冲电压的影响。所以要对开过过程中的两部分电路进行尖峰抑制。图6就是一个常用的直流开关尖峰抑制电路的直流开关尖峰抑制电路。

图6 直流开关尖峰抑制电路

当开关断开时,开关产生的尖峰电压使稳压管D 1,D 3反向导通,D 2正向导通,尖峰信号通过这一条通路被引入地,而不会窜到开关右边的网络中去形成新的干扰。而开关右边的脉冲电压也可以通过D 3引入地线。

若用压敏电阻代替稳压管,效果会更好,因为压敏电阻吸收能量更快,从而减小了动作响应时间。在使用脉冲电压的吸收器件时,应选择其额定电压略高于设备的最大工作电压,以保证无脉冲电压时,吸收器件的功耗最少,当有脉冲电压时,其箝位电压应低于设备有脉冲电压时,其箝位电压应低于设备的最高绝缘电压,以保证设备的安全。

4 阻抗匹配

在电路中,使负载阻抗等于信号线的波阻抗叫做阻抗匹配。若不匹配,当信号在传输过程中产生由于折射和反射作用引起的信号反馈和阻尼振荡。过量的射频能量会辐射或影响到电路的其他部分,引起E M I 问题。例如有时观测一个本应该平直的波形,却发现示波器上显示的波形为一多次振荡的信号,这很有可能就是输出和输入阻抗不匹配的问题。

比较常用的阻抗匹配方法有:①直接串联电阻匹配法,②并接电阻匹配法,③上拉,下拉电阻匹配法,④二极管端接法。

对于前两种方法可以顾名思义,在此不再赘述,第3种接法如图7所示图7 上拉、下拉电阻匹配法

此电路由上拉电阻R 1和下拉电阻R 2组成,Z 0为线路阻抗,这样就使逻辑高和逻辑低与目标负载相符。其中R 1,R 2的值由R 1∥R 2=Z 0决定。
R 1+R 2+Z L 的值要保证最大电流不能超过源驱 动电路容量。例如:R 1=2208,R 2=3308,V CC 为驱动电压,等于5V 。

V ref = R 1R 1+R 2 ×V CC =3V

二极管端接法如图8所示:

D 1,D 2一般用肖特基二极管或快速开关二极管,用来限制来自负载的过多的信号反射量,与上一种接法不同的是二极管不会影响线形阻抗。此接法的优点在于不用已知Z 0的值,而且还可以和其他类型的端接法结合使用,以达到较理想的匹配效果。

图8 二极管端接法

5 结束语

在工业生产中,电磁干扰不仅影响了电子设备的正常工作,甚至造成电子设备中的某些元件的损害,因此,对电子设备的电磁兼容澳门永利真人娱乐网址要给予
充分的重视,因为常常出现因电磁干扰使电路不能正常工作,但是不容易使设计者意识到是电磁干扰带来的,就会引起不必要的电路改动。本文介绍分析的这几种实用的抗干扰方法,希望能给电几种实用的抗干扰方法,希望能给电子产品设计者一些有用的参考。

参考文献:

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[3] 欧健昌1电子设备的电磁兼容性设计[M ]1电子工业出版社,20031

[4] 张瑛,李向群,许晓林1电子设备的电磁兼容[J ]1电子器件,2003,26(2)1

作者简介:陈睿琦 四川大学1,康文 齐欣2 中国科学院高能物理研究所

 

 

 
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