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EMC電磁干擾形成的三要素

日期:2022-08-15 13:49
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摘要: EMC電磁干擾形成的三要素: EMC電磁干擾是電子產品困擾電子工程師的一大難題,工程師們總會為如何減輕電磁干擾而傷透腦筋,但要解決電磁干擾的問題,首先要了解電磁干擾是如何形成的。筆者認為,主要有以下三大因素形成: ①電磁騷擾源,②耦合途徑或傳播通道,③敏感設備。 電磁騷擾的傳播途徑 電磁騷擾的傳播途徑包括傳導耦合和輻射耦合。 傳導耦合必須在騷擾源和敏感設之間有完整的電路連接。這個傳輸電路可包括導線、設備的導電部件、供電電源、公共阻抗、接地平面、電阻、電感、電容...

EMC電磁干擾形成的三要素:

EMC電磁干擾是電子產品困擾電子工程師的一大難題,工程師們總會為如何減輕電磁干擾而傷透腦筋,但要解決電磁干擾的問題,首先要了解電磁干擾是如何形成的。筆者認為,主要有以下三大因素形成:

①電磁騷擾源,②耦合途徑或傳播通道,③敏感設備。

電磁騷擾的傳播途徑

電磁騷擾的傳播途徑包括傳導耦合和輻射耦合。

傳導耦合必須在騷擾源和敏感設之間有完整的電路連接。這個傳輸電路可包括導線、設備的導電部件、供電電源、公共阻抗、接地平面、電阻、電感、電容、和互感元件等。

輻射耦合是通過介質以輻射電磁波形式傳播,騷擾能量按電磁波的規律向周圍空間發射,常見的輻射耦合有三種:①騷擾源天線發射的電磁波被敏感設備天線意外接收,稱為天線對天線耦合;②空間電磁場經導線感應而耦合,稱為場對線的耦合;③兩根平行導線之間的高頻信號感應,稱為線對線感應耦合。

傳導耦合包括互傳導耦合和導線間的感性與容性耦合。輻射耦合包括近場耦合和遠場耦合。

電磁騷擾敏感設備

一般將端口分為以下5類:

①外殼端口;②交流電源端口;③直流電源端口;④控制線/信號線端口;⑤接地端口,即系統和地或參考地之間的連接。

根據形成電磁干擾三要素可知,要實現產品的電磁兼容,須從三個方面著手:抑制電磁騷擾源;切斷電磁騷擾耦合途徑;提高電磁敏感設備的抗干擾能力。

電磁騷擾(EMI)定義

電磁騷擾由寄生的、無用的傳導和/或輻射的電信號組成,可能造成系統或設備的性能發生不允許的降級。

在時域內,電磁騷擾可以是瞬變的、脈沖的或穩態的。在頻域內,電磁騷擾所包含的頻率分量范圍可從50Hz的低頻直到微波波段;電磁騷擾信號可以是窄帶或寬帶的,相參或非相參的。電磁騷擾可分為人為的或自然的。

電磁騷擾源分類

電磁騷擾源大致可分為自然騷擾源和人為騷擾源。

電磁騷擾源還可分為寬帶或窄帶騷擾。寬帶騷擾可以進一步分為相參或非相參的。

寬帶電磁騷擾:傳導與輻射的電磁信號,其振幅隨頻率變化(頻譜密度函數)的頻率范圍大于指定感受器的帶寬。在寬帶噪聲環境中,感受器的響應對相參噪聲信號而言與其頻率帶寬成比例,對非相參噪聲信號而言與其頻率帶寬的平方根成比例。寬帶信號的頻譜密度振幅函數,除了是頻率的函數外,還要用指定的帶寬來表示。寬帶噪聲可定義成一個函數,其頻譜密度在感興趣的頻率范圍內是頻率的連續函數。

窄帶電磁騷擾:其振幅隨頻率變化(頻譜密度函數)的頻率范圍窄于指定感受器的帶寬。在窄帶噪聲環境中,一旦感受器的帶寬大于噪聲信號的頻率范圍時,感受器的響應就與其帶寬無關。窄帶噪聲可用數學來定義時,其頻譜密度在感興趣的頻率范圍內作為頻率函數的一根譜線。

電磁噪聲的頻譜

電磁噪聲的頻譜非常寬。

我們不必要去研究每一條譜線及其相位,甚至對其包絡的變化細節也不必過分地關心。一般只需注意包絡頂端連線的變化規律,就能對不同時域波形相應的頻域特性有個大體的了解。這種了解對于理解電磁噪聲的傳播以及電磁兼容測量已是夠了。

電磁騷擾的幅度(電平)

騷擾幅度可表現為多種形式,除了用不同型號的幅度分布(即概率,它是確定的幅度值出現次數的百分率)表示外,還可用正弦的(具有確定的幅度分布)或“隨機的”概念來說明騷擾性質。

電磁騷擾的波形

電氣騷擾有各種不同的波形,如矩形波、三角波、余弦形波、高斯形波等等。由于波形是決定帶寬的重要因素,設計人員應很好地控制波形。為了保持定時準確度或保證某種形式的準確動作,有時需要上升很陡的波形。然而,上升斜率越陡,所占的帶寬就越寬。

各種波形占用帶寬由寬到窄的排列為:

矩形波-鋸齒波-梯形波-三角波-余弦形波-高斯形波。

由此可見,使干擾減小到*小的方法之一,是在可靠工作的情況下使設計的脈沖波形,具有盡可能慢的上升時間。通常脈沖下的面積決定了頻譜中的低頻含量,而其高頻成份與脈沖沿的陡度有關。在所有脈沖中,高斯脈沖占有頻譜*窄。

電磁騷擾的出現率

騷擾信號在時間軸上出現的規律稱為出現率。按出現率把電函數分為周期性、非周期和隨機的三種類型來考慮。周期性函數是指在確定的時間間隔(稱之為周期)內能重復出現;非周期性函數則是不重復的,即是沒有周期,但出現是確定的,而且是可以預測的。隨機函數則是以不能預測的方式變化的電函數,它的表現特性是沒有規律的。隨機函數的定義允許限定其幅度或頻率成份,但要防止用時間函數來分析、描述它。

通常,干擾問題中遇到的周期電壓和電流是功能性的,它們的產生是為了特定的目的,如50Hz電源及其諧波或遙測信號。許多非周期性電壓和電流也是用于特定目的,如指令脈沖。然而隨機電壓電流則是無用副產品,或是自然產生的,如熱噪聲。


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