你的位置:首頁(yè) > EMC安規(guī) > 正文
詳解EMC傳導(dǎo)(共模、差模)與輻射(近場(chǎng)、遠(yuǎn)場(chǎng)) 知識(shí)
發(fā)布時(shí)間:2018-09-27 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】EMS電磁敏感性,也有稱為電磁抗擾度,是指能忍受其它電器產(chǎn)品的電磁干擾的程度。因此,電磁兼容性EMC一方面要濾除從電源線上引入的外部電磁干擾(輻射+傳導(dǎo)),另一方面還能避免本身設(shè)備向外部發(fā)出噪聲干擾,以免影響同一電磁環(huán)境下其他電子設(shè)備的正常工作。
一、EMC概念介紹
EMC(electromagnetic compatibility)作為產(chǎn)品的一個(gè)特性,譯為電磁兼容性;如果作為一門(mén)學(xué)科,則譯為電磁兼容。它包括兩個(gè)概念:EMI和EMS。
EMI(electromagneticinterference)電磁干擾,指自身干擾其它電器產(chǎn)品的電磁干擾量。
EMS(electromagneticsusceptibility)電磁敏感性,也有稱為電磁抗擾度,是指能忍受其它電器產(chǎn)品的電磁干擾的程度。因此,電磁兼容性EMC一方面要濾除從電源線上引入的外部電磁干擾(輻射+傳導(dǎo)),另一方面還能避免本身設(shè)備向外部發(fā)出噪聲干擾,以免影響同一電磁環(huán)境下其他電子設(shè)備的正常工作。
EMC濾波器主要是用來(lái)濾除傳導(dǎo)干擾,抑制和衰減外界所產(chǎn)生的噪聲信號(hào)干擾和影響受到保護(hù)的設(shè)備,同時(shí)抑制和衰減設(shè)備對(duì)外界產(chǎn)生干擾。而輻射干擾主要通過(guò)屏蔽的手段加以濾除。
從濾波器的功能來(lái)看,它的作用是允許某一部分頻率的信號(hào)順利的通過(guò),而另外一部分無(wú)用頻率的信號(hào)則受到較大的抑制,它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)選頻電路。而我們常見(jiàn)的低通濾波器功能是允許信號(hào)中的低頻或直流分量通過(guò),抑制高頻分量或干擾噪聲。
電源噪聲干擾在日常生活中很常見(jiàn)。比如你正在使用電腦的時(shí)候,當(dāng)手機(jī)信號(hào)出現(xiàn)時(shí),電腦音響會(huì)有雜音。比如電話或手機(jī)通話時(shí)有嗞嗞的雜聲。又比如使用電吹風(fēng)燙頭發(fā)時(shí),電視機(jī)不但會(huì)產(chǎn)生噪音,而且屏幕會(huì)出現(xiàn)很大的雪花般的條紋。這都是一些常見(jiàn)的噪聲信號(hào)干擾,但實(shí)際上有些干擾日??床坏?,一但受到影響就有可能措手不及,甚至找不到根源。這些噪聲信號(hào)如果出現(xiàn)在自動(dòng)化儀器,醫(yī)療儀器有可能帶來(lái)極大的損失甚至生命安全。比如,會(huì)造成自動(dòng)化儀器誤動(dòng)作,造成醫(yī)療儀器失控等等。
我們常說(shuō)的噪聲干擾,是指對(duì)有用信號(hào)以外的一切電子信號(hào)的一個(gè)總稱,也可以理解為電磁干擾。最初,人們把造成收音機(jī)之音響設(shè)備所發(fā)出噪聲的那些電子信號(hào),稱為噪聲。但是,一些非有用電子信號(hào)對(duì)電子電路造成的后果并非都和聲音有關(guān),因此,后來(lái)人們逐步擴(kuò)大了噪聲概念。如:某一頻率的無(wú)線電波信號(hào),對(duì)需要接收這種信號(hào)的接收機(jī)來(lái)講,它是正常的有用信號(hào),而對(duì)于另一頻率的接收機(jī)它就是一種無(wú)用信號(hào),即是噪聲。
噪聲按傳播路徑來(lái)分可分為傳導(dǎo)噪聲干擾和空間噪聲干擾。其傳導(dǎo)干擾主要通過(guò)導(dǎo)體傳播,通過(guò)導(dǎo)電介質(zhì)把一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)上的信號(hào)耦合(干擾)到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò),其頻譜主要為30MHz以下。而空間噪聲干擾源通過(guò)空間把其信號(hào)耦合(干擾)到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò),其頻率范圍比傳導(dǎo)噪聲頻率寬很多,30Hz-30GHz。傳導(dǎo)噪聲干擾可以通過(guò)設(shè)計(jì)濾波電路或追加濾波器的方法來(lái)進(jìn)行抑制和衰減,而空間輻射干擾主要通過(guò)主要應(yīng)用密封屏蔽技術(shù),在結(jié)構(gòu)上實(shí)行電磁封閉。目前為減少重量大都采用鋁合金外殼,但鋁合金導(dǎo)磁性能差,因而外殼需要鍍一層鎳或噴涂導(dǎo)電漆,內(nèi)壁貼覆高導(dǎo)磁率的屏蔽材料。
上面我們提到傳導(dǎo)噪聲干擾,又分為差模干擾與共模干擾兩種。差模干擾是兩條電源線之間(簡(jiǎn)稱線對(duì)線)的噪聲,主要通過(guò)選擇合適的電容(X電容),差模線圈來(lái)進(jìn)行抑制和衰減。共模干擾則是兩條電源線對(duì)大地(簡(jiǎn)稱線對(duì)地)的噪聲,主要通過(guò)選擇合適的電容(Y電容),和共模線圈來(lái)進(jìn)行抑制和衰減。我們常見(jiàn)的低通濾波器一般同時(shí)具有抑制共模和差模干擾的功能。
二、感應(yīng)干擾(近場(chǎng))
常見(jiàn)的電場(chǎng) 如兩個(gè)金屬板兩端加電壓。
常見(jiàn)的磁場(chǎng) 如兩個(gè)磁鐵之間的磁場(chǎng)。
電磁波的速度在空氣中接近于光速。 波長(zhǎng)=c/f=3x108/f = 300/F(MHz)如,F(xiàn)=10MHz 波長(zhǎng)=30米 r =波長(zhǎng)/2*3.14=4.77米。
頻率為10MHz的電磁波發(fā)射源,在離發(fā)射源大于4,77米時(shí),為遠(yuǎn)場(chǎng),小于4,77米時(shí),為近場(chǎng)。
三、輻射干擾(遠(yuǎn)場(chǎng))
3.1.原理及產(chǎn)生原因
根據(jù)麥克斯韋方程,變化電場(chǎng)產(chǎn)生變化磁場(chǎng),變化磁場(chǎng)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)。
設(shè)備內(nèi)每個(gè)電路都可能是天線,外殼和電纜都可能是天線的一部分。
我的理解是靜電場(chǎng)和靜磁場(chǎng)只對(duì)近距離的設(shè)備產(chǎn)生干擾。
交變的電場(chǎng)和交變的磁場(chǎng)不光對(duì)近距離設(shè)備產(chǎn)生干擾,還對(duì)很遠(yuǎn)處的設(shè)備產(chǎn)生干擾。
不論是電場(chǎng)干擾還是磁場(chǎng)干擾遠(yuǎn)距離傳播以后,都是以交變的電磁場(chǎng)形式傳播。
電磁場(chǎng)解釋
電磁場(chǎng)有內(nèi)在聯(lián)系、相互依存的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的統(tǒng)一體和總稱。隨時(shí)間變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng),隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng),兩者互為因果,形成電磁場(chǎng)。電磁場(chǎng)可由變速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子引起,也可由強(qiáng)弱變化的電流引起,不論原因如何,電磁場(chǎng)總是以光速向四周傳播,形成電磁波。電磁場(chǎng)是電磁作用的媒遞物,具有能量和動(dòng)量,是物質(zhì)存在的一種形式。電磁場(chǎng)的性質(zhì)、特征及其運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律由麥克斯韋方程組確定。
3.2.如何影響設(shè)備
敏感設(shè)備受空間干擾
其中f為頻率B為磁感應(yīng)強(qiáng)度A為面積E為電場(chǎng)強(qiáng)度
3.3.如何濾除輻射干擾
如在源及敏感設(shè)備外圍加屏蔽,隔斷輻射路徑;以及在敏感設(shè)備各端口增加濾波電路,阻止已耦合到端口上噪聲進(jìn)入設(shè)備內(nèi)。
3.4.如何減少輻射干擾
方法1:采用同軸電纜雙絞線絞合電纜。
如MR6;IDM11的電纜線就是絞合電纜
方法2:應(yīng)盡量減小有用信號(hào)的高次諧波成分(頻率越高,輻射越強(qiáng))
方法3:采取屏蔽方法
通氣口,盡量用小圓孔,避免用長(zhǎng)條形通氣孔。
普通濾波器原理圖
如圖1,3為差模電容,2為共模電感,4為共模電容。
一般濾波器不單獨(dú)使用差模線圈,因?yàn)楣材k姼袃蛇吚@線不一致等原因,電感必定不會(huì)相同,因此能起到一定的差模電感的作用。如果差模干擾比較嚴(yán)重,就要追加差模線圈。
四、差模干擾
4.1 差模干擾:簡(jiǎn)單的說(shuō)就是線對(duì)線的干擾。
如圖,我們可以看到差模的原理圖。UDM就是差模電壓,IDM就是差模電流。IDM大小相同,方向相反。
4.2 差模干擾產(chǎn)生的原因
差模干擾中的干擾是起源在同一電源線路之中(直接注入).如同一線路中工作的電機(jī),開(kāi)關(guān)電源,可控硅等,他們?cè)陔娫淳€上所產(chǎn)生的干擾就是差模干擾。
4.3如何影響設(shè)備
差模干擾直接作用在設(shè)備兩端的,直接影響設(shè)備工作,甚至破壞設(shè)備。(表現(xiàn)為尖峰電壓,電壓跌落及中斷.)
4.4.如何濾除差模干擾
主要采用差模電感和差模電容。
4.4-1差模電感工作原理:
可以看到,當(dāng)電流流過(guò)差模線圈之后,線圈里面的磁通是增強(qiáng)的,相當(dāng)于兩個(gè)磁通之和。
線圈特性低頻率低阻抗高頻率高阻抗決定了在高頻時(shí)利用它的高阻抗衰減差模信號(hào)。(如圖下圖所示):
當(dāng)頻率為50Hz時(shí),線圈阻抗接近于0,相當(dāng)于一根導(dǎo)線,不起任何衰減作用。
當(dāng)頻率為500kHz時(shí),阻抗達(dá)到5k歐,而理想狀態(tài)下,此時(shí)負(fù)載阻抗一般考慮為50歐,根據(jù)上面公式,此時(shí)差模線圈分得了99%的差模干擾電壓,而負(fù)載只分得了1%的差模干擾電壓。
同時(shí),電流也有很大衰減。(可以算出此時(shí)線圈的差模插入損耗)
4.4-2差模電容工作原理
可以看到,電容特性低頻率高阻抗高頻率低阻抗。濾波器利用電容在高頻時(shí)它的低阻抗短路掉差模干擾。(如圖下圖所示:)
當(dāng)頻率為50Hz時(shí),電容阻抗趨近于無(wú)窮大,相當(dāng)于短路,不起任何衰減作用。
當(dāng)頻率為500kHz時(shí),電容阻抗很小,根據(jù)上式可以看到差模負(fù)載的電流衰減為趨近于0
如當(dāng)頻率為500kHz時(shí)負(fù)載50歐容抗0.05歐
此時(shí)電容分得了99.9%的差模干擾電流,而負(fù)載只分得了0.1%的差模干擾電流。
也就是說(shuō)500kHz時(shí),電容使得差模干擾下降了30dB.
五、共模干擾
5.1.共模就是共同對(duì)地的干擾:
如圖,我們可以看到共模的原理圖。UPQ就是共模電壓,ICM1ICM2就是共模電流。
ICM1ICM2大小不一定相同,方向相同。
5.2.共模干擾產(chǎn)生的原因很多
主要原因有以下幾點(diǎn):
1.電網(wǎng)串入共模干擾電壓
2.輻射干擾(如雷電,設(shè)備電弧,附近電臺(tái),大功率輻射源)在信號(hào)線上感應(yīng)出共模干擾。
(原理是交變的磁場(chǎng)產(chǎn)生交變的電流,由于地線-零線回路面積與地線-火線回路面積不相同,兩個(gè)回路阻抗不同等原因造成電流大小不同)
3.接地電壓不一樣。也就是說(shuō)地電位差異引入共模干擾。
4.也包括設(shè)備內(nèi)部電線對(duì)電源線的影響。
5.3.如何影響設(shè)備
共模電壓有時(shí)較大,特別是采用隔離性能差的配電供電室,變送器輸出信號(hào)的共模電壓普遍較高,有的可高達(dá)130V以上。共模電壓通過(guò)不對(duì)稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓,直接影響測(cè)控信號(hào),造成元器件損壞,這種共模干擾可為直流、亦可為交流。
如圖
5.4.如何濾除共模干擾(共模線圈共模電容)
5.4-1共模線圈
共模線圈和差模線圈原理比較類似,都是利用線圈高頻時(shí)的高阻抗來(lái)衰減干擾信號(hào)。共模線圈和差模線圈繞線方法剛好相反(如圖)。
因?yàn)椴钅>€圈在濾除干擾的同時(shí),還會(huì)一定程度的增加阻抗,而共模線圈對(duì)方向相反的電流基本不起作用,所以我們?cè)谀軌驖M足特性的前提下,一般很少使用差模線圈。
文獻(xiàn)一:這樣,當(dāng)電路中的正常電流流經(jīng)共模電感時(shí),電流在同相位繞制的電感線圈中產(chǎn)生反向的磁場(chǎng)而相互抵消,此時(shí)正常信號(hào)電流主要受線圈電阻的影響(和少量因漏感造成的阻尼);當(dāng)有共模電流流經(jīng)線圈時(shí),由于共模電流的同向性,會(huì)在線圈內(nèi)產(chǎn)生同向的磁場(chǎng)而增大線圈的感抗,使線圈表現(xiàn)為高阻抗,產(chǎn)生較強(qiáng)的阻尼效果,以此衰減共模電流,達(dá)到濾波的目的。
文獻(xiàn)二:我們了解電流定律,也知道電流產(chǎn)生磁通后,而且知道相同大小,相同圈數(shù),不同方向的電流產(chǎn)生的磁通是會(huì)互相抵消,導(dǎo)致整個(gè)共模線圈對(duì)不同方向的電流不起作用,而僅僅讓其通過(guò);但對(duì)相同方向的電流所產(chǎn)生的磁通,因?yàn)榇磐ǚ较蛳嗤磐](méi)有抵消,故些共模線圈起著阻抗器的作用,壓制了同方向的雜訊電流,達(dá)成抗電磁干擾的目的。
5.4-2共模電容工作原理
共模電容的工作原理和差模電容的工作原理是一致的,都是利用電容的高頻低阻抗,使高頻干擾信號(hào)短路,而低頻時(shí)電路不受任何影響。只是差模電容是兩極之間短路。而共模電容是線對(duì)地短路。3300pF1.6mm引腳共模電容諧振頻率點(diǎn)為19.3MHz
(下面僅為個(gè)人觀念,僅供參考。我覺(jué)得,共模電容不是單獨(dú)工作的。它是和共模電感共同工作組成一個(gè)諧振回路共同起作用。如下圖,因?yàn)槲覍?duì)此沒(méi)有100%把握。)
我覺(jué)得,共模電容不是單獨(dú)工作的。它是和共模電感共同工作組成一個(gè)諧振回路共同起作用?如下圖,因?yàn)槲覍?duì)此沒(méi)有100%把握。等我弄明白再一起討論吧)
穿心電容
在實(shí)際工程中,要濾除的電磁噪聲頻率往往高達(dá)數(shù)百M(fèi)Hz,甚至超過(guò)1GHz。對(duì)這樣高頻的電磁噪聲必須使用穿心電容才能有效地濾除。普通電容之所以不能有效地濾除高頻噪聲,是因?yàn)閮蓚€(gè)原因,一個(gè)原因是電容引線電感造成電容諧振,對(duì)高頻信號(hào)呈現(xiàn)較大的阻抗,削弱了對(duì)高頻信號(hào)的旁路作用;另一個(gè)原因是導(dǎo)線之間的寄生電容使高頻信號(hào)發(fā)生耦合,降低了濾波效果,如圖下所示。
穿心電容之所以能有效地濾除高頻噪聲,是因?yàn)榇┬碾娙莶粌H沒(méi)有引線電感造成電容諧振頻率過(guò)低的問(wèn)題,而且穿心電容可以直接安裝在金屬面板上,利用金屬面板起到高頻隔離的作用。但是在使用穿心電容時(shí),要注意的問(wèn)題是安裝問(wèn)題。穿心電容最大的弱點(diǎn)是怕高溫和溫度沖擊,這在將穿心電容往金屬面板上焊接時(shí)造成很大困難。許多電容在焊接過(guò)程中發(fā)生損壞。特別是當(dāng)需要將大量的穿心電容安裝在面板上時(shí),只要有一個(gè)損壞,就很難修復(fù),因?yàn)樵趯p壞的電容拆下時(shí),會(huì)造成鄰近其它電容的損壞。
我的理解是首先,穿心電容是一個(gè)共模電容,它是線對(duì)地的電容。
其次,穿心電容是一個(gè)比較理想的電容,它沒(méi)有引線,大大提高了諧振頻率點(diǎn)。
我沒(méi)有具體測(cè)過(guò),但是從插入損耗曲線可以推斷,在頻率為100M-10G時(shí),穿心電容有很低的阻抗,很接近理想電容曲線。
特別推薦
- 授權(quán)代理商貿(mào)澤電子供應(yīng)Same Sky多樣化電子元器件
- 使用合適的窗口電壓監(jiān)控器優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
- ADI電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制解決方案 驅(qū)動(dòng)智能運(yùn)動(dòng)新時(shí)代
- 倍福推出采用 TwinSAFE SC 技術(shù)的 EtherCAT 端子模塊 EL3453-0090
- TDK推出新的X系列環(huán)保型SMD壓敏電阻
- Vishay 推出新款采用0102、0204和 0207封裝的精密薄膜MELF電阻
- Microchip推出新款交鑰匙電容式觸摸控制器產(chǎn)品 MTCH2120
技術(shù)文章更多>>
- 更高精度、更低噪音 GMCC美芝電子膨脹閥以創(chuàng)新?lián)屨夹袠I(yè)“制高點(diǎn)”
- 本立租完成近億元估值Pre-A輪融資,打造AI賦能的租賃服務(wù)平臺(tái)
- 中微公司成功從美國(guó)國(guó)防部中國(guó)軍事企業(yè)清單中移除
- 華邦電子白皮書(shū):滿足歐盟無(wú)線電設(shè)備指令(RED)信息安全標(biāo)準(zhǔn)
- 功率器件熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(九)——功率半導(dǎo)體模塊的熱擴(kuò)散
技術(shù)白皮書(shū)下載更多>>
- 車(chē)規(guī)與基于V2X的車(chē)輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車(chē)安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車(chē)模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車(chē)用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門(mén)搜索
單向可控硅
刀開(kāi)關(guān)
等離子顯示屏
低頻電感
低通濾波器
低音炮電路
滌綸電容
點(diǎn)膠設(shè)備
電池
電池管理系統(tǒng)
電磁蜂鳴器
電磁兼容
電磁爐危害
電動(dòng)車(chē)
電動(dòng)工具
電動(dòng)汽車(chē)
電感
電工電路
電機(jī)控制
電解電容
電纜連接器
電力電子
電力繼電器
電力線通信
電流保險(xiǎn)絲
電流表
電流傳感器
電流互感器
電路保護(hù)
電路圖