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電子線(xiàn)路的電磁兼容性分析
作者：
時(shí)間：2013-06-15
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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也會(huì )對周?chē)娐樊a(chǎn)生電磁感應?？梢园阎?chē)娐范伎闯墒峭蛔儔浩鞯亩鄠€(gè)“次級線(xiàn)圈”，同時(shí)變壓器T1的漏感也同樣對各個(gè)“次級線(xiàn)圈”產(chǎn)生感應作用。因此電流i1通過(guò)電磁感應，在每個(gè) “次級線(xiàn)圈”中都會(huì )產(chǎn)生的感應電流，分別把它們記為i2，i3，…，in。其中，i2和i3是差模干擾信號，它們可以通過(guò)兩根電源線(xiàn)傳導到電網(wǎng)的其他線(xiàn)路之中和干擾其他電子設備。i4是共模干擾信號，它是電流i1回路通過(guò)電磁感應其他電路與大地或機殼組成的回路產(chǎn)生的，并且其他電路與大地或機殼是通過(guò)電容耦合構成回路的，共模干擾信號可以通過(guò)電源線(xiàn)與大地傳導到電網(wǎng)其他線(xiàn)路之中和干擾其他電子設備。
與電源開(kāi)關(guān)管V1的集電極相連的電路，也是產(chǎn)生共模干擾信號的主要原因。因為在整個(gè)開(kāi)關(guān)電源電路中，數電源開(kāi)關(guān)管V1集電極的電位最高，最高可達600 V以上，其他電路的電位都比它低，因此電源開(kāi)關(guān)管V1的集電極與其他電路(也包括電源輸入端的引線(xiàn))之間存在很強的電場(chǎng)，在電場(chǎng)的作用下，電路會(huì )產(chǎn)生位移電流，這個(gè)位移電流基本屬于共模干擾信號。
圖2中的電容器C1，C2和差模電感器L1對i1，i2和i3差模干擾信號有很強的抑制能力。由于C1，C2在電源線(xiàn)拔出時(shí)還會(huì )帶電，容易觸電傷人，所以在電源輸入的兩端要接一個(gè)放電電阻R1。
對共模干擾信號i4要進(jìn)行完全抑制，一般很困難，特別是沒(méi)有金屬機殼屏蔽的情況下，因為在感應產(chǎn)生共模干擾信號的回路中，其中的一個(gè)“元器件”是線(xiàn)路板與大地之間的等效電容，此“元器件”的數值一般是不穩定的，進(jìn)行設計時(shí)對指標要留有足夠的余量。圖2中L2和C3，C4是共模干擾信號抑制電路器件，在輸入功率較大的電路中，L2一般要用兩個(gè)，甚至三個(gè)，其中一個(gè)多為環(huán)形磁心電感。
根據上面分析，產(chǎn)生電磁干擾的主要原因是i1流過(guò)的主要回路，這個(gè)回路主要由電容器C5、變壓器T1初級和電源開(kāi)關(guān)管V1組成。根據電磁感應原理，這個(gè)回路產(chǎn)生的感應電動(dòng)勢為：
e=dφ／dt=SdB／dt
式中：e為感應電動(dòng)勢；φ為磁通量；S為電流回路的面積；B為磁感應強度，其值與電流強度成正比；dφ／dt為磁通變化率。由此可見(jiàn)，感應電動(dòng)勢與電流回路的面積成正比。因此要減小電磁干擾，首先要設法減小電流回路的面積，特別是i1電流流過(guò)的回路面積。另外，為了減少變壓器漏感對周?chē)娐樊a(chǎn)生電磁感應的影響，一方面要求心量減小變壓器的漏感；另一方面，在變壓器的外圍包一層薄銅皮，以構成一個(gè)低阻抗短路線(xiàn)圈，通過(guò)渦流消耗漏感產(chǎn)生的感應能量。
(4)對輻射干擾信號的抑制。電磁輻射干擾也是通過(guò)電磁感應的方式，由帶電體或電流回路及磁感應回路對外產(chǎn)生電磁輻射的。任何一根導體都可以看作一根電磁感應天線(xiàn)，任何一個(gè)電流回路都可以看作一個(gè)環(huán)形天線(xiàn)，電感線(xiàn)圈和變壓器漏感也是電磁感應輻射的重要器件。要想完全抑制電磁輻射是不可能的，但通過(guò)對電路進(jìn)行合理設計，或者采取部分屏蔽措施，可以大大減輕電磁干擾的輻射。
例如，盡量縮短電路引線(xiàn)的長(cháng)度和減小電流回路的面積，是減小電磁輻射的有效方法；正確使用儲能濾波電容，把儲能濾波電容盡量近地安裝在有源器件電源引線(xiàn)的兩端，每個(gè)有源器件獨立供電，或單獨用一個(gè)儲能濾波電容供電(充滿(mǎn)電的電容可以看成是一個(gè)獨立電源)，防止各電路中的有源器件(放大器)通過(guò)電源線(xiàn)和地線(xiàn)產(chǎn)生串擾；把電源引線(xiàn)的地和信號源的地嚴格分開(kāi)，或對信號引線(xiàn)采取雙線(xiàn)并行對中交叉的方法，讓干擾信號互相抵消，也是一種減小電磁輻射的有效方法；利用散熱片也可以對電磁干擾進(jìn)行局部屏蔽，對信號引線(xiàn)還可以采取雙地線(xiàn)并行屏蔽的方法，讓信號線(xiàn)夾在兩條平行地線(xiàn)的中間，這相當于雙回路，干擾信號也會(huì )互相抵消，屏蔽效果非常顯著(zhù)；機器或敏感器件采用金屬外殼是最好的屏蔽電磁干擾方法，但非金屬外殼也可以噴涂導電材料(如石墨)進(jìn)行電磁干擾屏蔽。
(5)對高壓的靜電的消除。圖1中，如果輸出電壓高于1 000 V，必須考慮靜電消除。雖然大多數的開(kāi)關(guān)電源都采取變壓器進(jìn)行“冷熱地”隔離，由于“熱地”，也叫“初級地”，通過(guò)電網(wǎng)可構成回路，當人體接觸到“初級地”時(shí)會(huì )“觸電”，所以人們都把“初級地”叫作“熱地”，表示不能觸摸的意思。而“冷地”也叫“次級地”，盡管電壓很高，但它與大地不構成回路，當人體接觸到“次級地”時(shí)不會(huì )“觸電”，因此，人們都把“次級地”叫作“冷地”，表示可以觸摸的意思。但不管是“冷地”或者是“熱地”，其對大地的電位差都不可能是零，即還是會(huì )帶電。如彩色電視機中的開(kāi)關(guān)電源，“熱地”對大地的電位差，其峰峰值大約有400 V；“冷地”對大地的電位差，其峰峰值大約有1 500 V。
“熱地”帶電比較好理解，而“冷地”帶電一般人是難以理解的?！袄涞亍睅щ婋妷菏怯勺儔浩鞔渭壆a(chǎn)生的。雖然變壓器次級的一端與“冷地”連接，但真正的零電位是在變壓器次級線(xiàn)圈的中心，或整流輸出濾波電容器介質(zhì)的中間。這一點(diǎn)稱(chēng)為電源的“浮地”，即它為零電位，但又不與大地相連。由此可知，“冷地”帶電的電壓正好等于輸出電壓的50％，如電視機顯像管的高壓陽(yáng)極需要大約30 000 V的高壓，真正的零電位是在高壓濾波電容(顯像管石墨層之間的電容)的中間，或高壓包的中間抽頭處，由此可以求出電視機中冷地與地之間的靜電電壓大約為 15 000 V。同理，“熱地”回路的“浮地”是在儲能濾波電容器C5的中間，所以正常情況下“熱地”帶電電壓為整流輸出的50％，其峰值約為200 V。如把開(kāi)關(guān)管導通或截止時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢也疊加在其之上，其峰峰值大約有400 V。
圖2中的R3就是用來(lái)降低“冷地”與大地之間靜電電壓的，C8的作用是降低冷、熱地之間的動(dòng)態(tài)電阻。一般數字電路IC的耐壓都很低，如果“冷地”帶電的電壓很高，通過(guò)靜電感應，或人體觸摸，很容易就會(huì )把IC擊穿。EMC常用標準如下：
EMC通用系列標準：IEC61000-4-X；
工業(yè)環(huán)境抗擾度通用標準：EN50082-2；
脈沖電流諧波測試標準：IEC61000-3-2；
交流電源閃爍測試標準：IEC61000-3-3。
圖3中的R3就是用來(lái)降低冷地與大地之間靜電電壓的，C8的作用是降低冷熱地之間的動(dòng)態(tài)電阻。一般數字電路IC的耐壓都很低，如果“冷地”帶電的電壓很高，通過(guò)靜電感應，或人體觸摸，很容易就會(huì )把IC擊穿。
3 結 語(yǔ)
隨著(zhù)開(kāi)關(guān)電源不斷向高頻化發(fā)展，其抗干擾問(wèn)題顯得越發(fā)重要。在開(kāi)發(fā)和設計開(kāi)關(guān)電源中，如何有效抑制開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾，同時(shí)提高開(kāi)關(guān)電源本身對電磁干擾的抗干擾能力是一個(gè)重要課題。在抗干擾設計時(shí)，幾種抗干擾措施既相互獨立又相互聯(lián)系，必須同時(shí)采用多種措施才能達到良好的抗干擾效果。
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