电磁兼容中EMI骚扰源特征

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电磁兼容试验中的重要内容就是骚扰发射试验。因此,控制骚扰发射是一项重要的设计内容。为了控制骚扰发射,首先要找到骚扰源,然后采取措施消除它,或者截断它发射骚扰能量的路径。

EMI骚扰源有啥特征呢?

以往广泛流传的是:高电压,大电流就是骚扰源。这种说法其实很片面。单纯的一个很高的电压,或者一个很大的电流,并不一定会对其它设备产生干扰。

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产生干扰的重要条件是:变化的电压或者电流,即du/dt≠0,或者di/dt≠0

所以,那些包含电压,电流剧烈变化的电路就是我们需要关注的骚扰源。

为何du/dt和di/dt是产生骚扰的条件?

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先看上图,有两个闭合的回路。当回路1中有个变化的电流I1,其会产生一个变化的磁场,当磁场穿过回路2的时候,回路2中就有了一个变化的磁场。根据电磁感应定律,回路2中会有一个感应电动势,即回路1对回路2产生了干扰。

如果回路1中的电流是不变化的,那么回路2中磁场也不会变化,也不会产生感应电动势,即回路1第回路2没有干扰。

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上图是电路1和电路2之间通过杂散电容产生相互影响的情况。

电路1在工作的时候,它的导线上面会有一个电压,这个电压如果是交变的,它就会通过一个杂散电容Cs耦合到电路2上去,即电路1对对路2产生了干扰。如果电压是不动的,那么便不会起到耦合的作用。

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上图是电磁波的辐射天线,它是在两个导体之间有一个电压,如果电压是直流的,那么显然,因为两个导体之间是开路的,那么导体上面便不会有电流。

如果上面的电压是交流的,那么因为这连个导体之间存在杂散电容,就会产生一个电流,这种电流叫位移电流,它是产生电磁波的重要条件。

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上面是一个环路天线,显然,如果加到上面的电压是直流电压,这个电流只能产生一个静磁场,这个磁场是没有辐射的。

而如果加到上面的电压是交流电压,那么会在上面产生交变的电流,由交变的电流产生交变的磁场,就会产生辐射。

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上图是一个电路导体,它可以是电源线,也可以是地线,也可以是信号线。当上面有一个变化的电流的时候,由于导体本身有电感,因此会出现一个感应电动势,这个感应电动势就是导体上面的电磁噪声。如果di/dt是0,那么u就是0,就没有电磁干扰。

典型的电磁骚扰源

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开关电源使几乎所有电子设备都有的,开关电源在工作的时候,电路里面有剧烈的du/dt,di/dt,因此其是一种强的骚扰源。

数字电路的电压和电流都是脉冲状的,因此也有较多的du/dt,di/dt。实际上,就是由于数字电路的出现,我们才更加关心EMC的问题。

逆变电路也是一种典型的电磁骚扰源,逆变电路把直流变成交流,其在工作的时候,也是有剧烈的du/dt,di/dt。

最主要的自然骚扰源—雷电

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一个云团上面有电荷,它的周围形成一个很强的电场。当它和另外一个云团之间的电场强度超过一定值的时候,就会击穿空气,产生剧烈的放电,这个时候伴随着巨大的du/dt和di/dt。

右侧是一个雷电发生的时候的一个电流波形,di/dt很大,因此,它是一个很强的电磁骚扰源。

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以往我们在雷电进行防护的时候,需要使用避雷针,实际上,避雷针使雷电定点放电,因此,有了避雷针以后,可以对其它的设备起到保护作用。但是,当避雷针起作用的时候,避雷针的周围会有很强的电磁场,这对于我们的电子设备是一个巨大的威胁。

识别潜在电磁骚扰源的关键是,看有没有电压,电流的突变,如果有电压和电流的突变,就有骚扰源。

通常骚扰的强度与电压,电流的变化率有关。电压和电流的变化率越高,产生的骚扰越强。

来源: 硬件工程师炼成之路

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