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開關(guān)電源電磁兼容性(EMC)_電磁干擾產(chǎn)生與對策
2021-02-04 11:06
首先,要大家明白什么是開關(guān)電源的電磁兼容(EMC),不太清楚的可以閱讀這篇文章《什么是電磁兼容EMC》
電磁兼容性EMC的歷史:
過去在軍事領(lǐng)域之外,對于電磁兼容性的研究并不嚴謹,而且大多數(shù)設(shè)備制造商并不關(guān)心電磁兼容性問題。但隨著使用更低信號電壓的現(xiàn)代數(shù)字設(shè)備的時鐘頻率迅速增高,電磁兼容性問題變得越來越重要。許多國家意識到這個凸現(xiàn)的問題,并對相關(guān)設(shè)備制造商頒布了政令,要求只有滿足基本條件的設(shè)備才能夠銷售。
電磁干擾的形成:
1.電磁干擾源與受干擾源
- 無論何種情況下電磁相容的問題出現(xiàn)總是存在兩個互補的方面:
- 一個是干擾發(fā)射源和一個為此干擾敏感的受干擾設(shè)備。
- 如果一個干擾源與受干擾設(shè)備都處在同一設(shè)備中稱為系統(tǒng)內(nèi)部的EMC情況。
- 不同設(shè)備間所產(chǎn)生的干擾狀況稱為系統(tǒng)間的EMC 情況。
- 大多數(shù)的設(shè)備中都有類似天線的特性的零件如電纜線、電路板布線、內(nèi)部配線、機械結(jié)構(gòu)等這些零件透過電路相耦合的電場、磁場或電磁場而將能量轉(zhuǎn)移。
- 實際情況下,設(shè)備間和設(shè)備內(nèi)部的耦合受到了屏蔽與絕緣材料的限制,而絕緣材料的吸收與導(dǎo)體相比的影響是微不足道的。
- 電纜線對電纜線的耦合既可以是電容性,也可以是電感性,并且取決于方位、長度及接近程度的影響。
2. 公共阻抗的耦合
- 公共阻抗耦合線路是干擾源與受干擾設(shè)備共用電路阻抗所引起的。
- 公共導(dǎo)線也因兩個電流環(huán)之間的互感而引起或因兩個電壓節(jié)點之間的互容耦合而引起。
- 對于傳導(dǎo)性的公共阻抗耦合的解決是將連接線分離使系統(tǒng)各自獨立避免形成公共阻抗。
3. 發(fā)射
- 來自電路板的發(fā)射:在大多數(shù)設(shè)備中主要的電流源是流入電路板上的電路中,這些能量借由電路所形成的天線而將干擾輻射出去。
- 來自電纜線的輻射:干擾電流以共模形式產(chǎn)生于在電路板和設(shè)備內(nèi)部其他位置形成的對地噪聲并沿著導(dǎo)體或者屏蔽電纜的屏蔽層流動。
- 傳導(dǎo)發(fā)射:干擾也可能從其他電纜以感性或容性方式偶合到電纜線上。
- 產(chǎn)生的干擾可能以差模在(火線與中線或在信號線之間)或共模(在火線、中線、信號線與接地間)或者以二者的混合形式出現(xiàn)。
- 對于電源部埠需要測量每一個相線/中線與在電源電纜遠端地之間的電壓。
- 差模發(fā)射通常與來自電源的低頻開關(guān)噪聲聯(lián)系在一起。
- 共模發(fā)射則是由于更高頻率的開關(guān)元件、內(nèi)部電路源或電纜的內(nèi)部偶合引起的。
- 電路的分布電容分布廣泛。若沒有屏蔽物體的話,取決于與其他物體接近的程度。由于周圍環(huán)境有較高的電容,部分屏蔽的機殼實際上會使耦合更加嚴重惡化。
電磁兼容性EMC對策:
由于微電腦的依存度正不斷提高,設(shè)備的大量使用,使我們的電磁環(huán)境復(fù)雜化,因此外來的干擾如脈沖噪聲、放射電磁場、靜電、雷擊、電壓變動等,所引發(fā)的誤動作產(chǎn)生當機甚至破壞的情形,如無線電的通訊、雷達、大哥大、電視游樂器等,往往干擾到電視,甚至于造成醫(yī)療器材使用中的誤動作,影響到飛航的安全。
國際上對于電子、電器、工業(yè)設(shè)備產(chǎn)品的抗擾性測試日漸重視,且趨向整合以IEC國際規(guī)格為測試標準,歐洲共同體率先制定EMC防治法規(guī),于1996年起全面實施抗擾測試。
1. 電磁兼容EMC抑制--電源方面
- 三相入力電源在NFB(無熔絲斷路器)與變壓器間裝噪聲濾波器,此濾波器的輸入線愈短愈好。
- 電源及大電流導(dǎo)線緊貼電氣箱之底部,并沿著邊角布線。
- 開關(guān)式電源供應(yīng)器加裝隔離罩以防輻射性發(fā)射干擾,濾波器選用器選用π型或T 型可抑制寬波段噪聲,陶鐵磁體材質(zhì)可抑制射頻噪聲。
- 電源線兩端考慮采隔離接地,以免接地回路形成共同阻抗耦合而將噪聲耦合至信號線。
- 電源線與信號線盡量采用隔離或分開配線。
- 電源變壓器應(yīng)加遮蔽,外殼須接地良好。
- 單相AC 控制線建議采用絞線。
- 直流導(dǎo)線建議使用絞線來配線。
- 避免將電源與信號線接至同一接頭。
2. 電磁兼容EMC抑制--信號埠連接線方面
- 信號輸入線與輸出線應(yīng)避免排在一起造成串擾干擾。
- 信號輸出入線應(yīng)避免跨過集成電路板或敏感區(qū)域以避免干擾。
- 連接端口線如有剩余不用之線,需單端接地以避免形成感應(yīng)回路。
- 信號線考慮采用絞合/絞線(Twist),確保有穩(wěn)定的參考層與線阻抗。
- 不同工作頻率或類比/數(shù)位等差異別的信號線避免混雜接在一個連接頭上,宜按類別分類并加地線隔離。
- 輸入信號線與輸出線盡量避免同在一個接頭上,如不能避免時應(yīng)將輸入與輸出信號錯開。
- 敏感性較高之低準位信號線,除采用絞線外可加隔離遮蔽。
3. 電磁兼容EMC抑制--模擬信號方面
- 高頻的類比信號及脈波信號線建議采用隔離線。
- 高頻類比信號線采用同軸式隔離線,低頻之類比信號線采用絞線,必要時可外加隔離遮蔽,絕不可使用同軸隔離線。
- 連接頭安裝位置須清潔處理,接頭及金屬面的接觸電阻須小于2.5m歐姆。
- 類比電路干擾以波形失真為主,抑制方法主要在濾波器選用的特性,例如;帶寬、頻率響應(yīng)值。
- 類比信號線與數(shù)位排線必須相互垂直。
4. 電磁兼容EMC抑制--數(shù)字信號
- 避免使用未隔離遮蔽的導(dǎo)線來傳送數(shù)位信號,宜使用多股絞線外加隔離線。
- 數(shù)位電路干擾以外在磁場干擾為主,應(yīng)加隔離措施。
- 數(shù)位電路易受高能電場干擾,須使用隔離線隔離,以能防止1∼10MHz頻段之高能電場200V/m干擾為最佳遮蔽選擇。
- 數(shù)位電路以抑制鄰近電路脈波與尖波干擾為主。
- 數(shù)位電路傳送避免使用過長且未加隔離之導(dǎo)線。
5. 電磁兼容EMC抑制--電路設(shè)計方面
- 具干擾性的回路,如時脈、驅(qū)動器、交換式電源切換、振蕩器式控制信號,應(yīng)加隔離遮蔽。
- 電路設(shè)計盡可能選用低噪聲零組件,且須考慮噪聲變化與環(huán)境溫度變化之關(guān)系。
- 陶鐵磁體鐵芯適用于高頻濾波,但須注意經(jīng)由此線圈負載功率損耗。
- 穩(wěn)壓器須考慮抑制線路間共通阻抗耦合問題。
- 振蕩器本身輸出越小越好,如須要較大輸出,宜由放大器放大。
- 功率放大應(yīng)予隔離以防止輻射性發(fā)射。
- 電解質(zhì)電容器適于清除高漣波及暫態(tài)電壓變化。
- 動力線的干擾有低壓(或瞬間斷電)超壓及突波,這些干擾通常來自于電力開關(guān)的動作、重負載的開與關(guān)之瞬間、功率半導(dǎo)體動作、保險絲燒斷時、雷電感應(yīng)…等。
須考慮下述項目來抑制:
- 使用電源濾波器。
- 適當?shù)碾娏Ψ峙洹?/span>
- 受干擾的裝置改用另一電路。
- 將電子零件及濾波器適當?shù)陌b。
- 使用隔離變壓器。
- 裝置壓敏電阻。
- 交流電磁接觸器線圈、電磁閥,皆須聯(lián)結(jié)火花消除器。
- 電磁開關(guān)之熱電驛輸出側(cè)須聯(lián)結(jié)三相火花消除器。
- 直流繼電器線圈聯(lián)結(jié)二極管,以供反相電壓保護。
- 火花消除器距離負載側(cè)愈近愈好。
- 把突波吸收器裝于電路開關(guān)和噪聲濾波器之間,線與線間,線與接地之間,將能有效吸收突波。
6. 電磁兼容EMC抑制--配電箱設(shè)計
- 配電箱采用金屬制,如焊接技術(shù)沒有問題(不會變形),采用接縫全焊方式,假使無法全焊接合面的空隙盡可能縮小。假使配電箱是用螺絲組立方式,須把接觸的面漆刮掉,以便取得較佳的導(dǎo)電性。
- 配電箱難免會開孔來做電纜線的出入口,電波會通過這些孔就無法通過測試,因此開孔應(yīng)盡可能的縮小,沒有使用到的孔須用金屬做的蓋子蓋起來,金屬與金屬的接觸面漆須刮掉,且須用工業(yè)環(huán)境用的導(dǎo)電墊片。
- 配電箱的門在關(guān)閉時,和配電箱本體的接觸面,須用工業(yè)環(huán)境用的導(dǎo)電墊片,使其緊密的接觸,如基于成本的考慮可用分布緊湊的間距采用固定式的螺絲鎖緊。
- 配電箱門須留接地用的端點,接地面必須防漆。
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