電路的EMC分析

2012年05月02日 11:03 來源:互聯(lián)網(wǎng) 作者:秩名 我要評(píng)論(0)

  電磁干產(chǎn)生于干擾源,它是一種來自外部的、并有損于有用信號(hào)的電磁現(xiàn)象。由電磁干擾源發(fā)生的電磁能,經(jīng)某種傳播途徑傳輸至敏感設(shè)備,敏感設(shè)備又對(duì)此表現(xiàn)出某種形式的“響應(yīng)”,并產(chǎn)生干擾的“效果”,該作用過程及其結(jié)果,稱為電磁干擾效應(yīng)。在人們的生活中,電磁干擾效應(yīng)普遍存在,形式各異。如果干擾效應(yīng)十分嚴(yán)重,設(shè)備或系統(tǒng)失靈,導(dǎo)致嚴(yán)重故障或事故,這被稱為電磁兼容性故障。顯而易見,電磁干擾已是現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展道路上必須逾越的巨大障礙。為了保障電子系統(tǒng)或設(shè)備的正常工作,必須研究電磁干擾,分析預(yù)測(cè)干擾,限制人為干擾強(qiáng)度,研究抑制干擾的有效技術(shù)手段,提高抗干擾能力,并對(duì)電磁環(huán)境進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)。

  現(xiàn)代的電子產(chǎn)品,功能越來越強(qiáng)大,電子線路也越來越復(fù)雜,電磁干擾(EMI)和電磁兼容性問題變成了主要問題。先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)在電子線路設(shè)計(jì)方面,很大程度地拓寬了電路設(shè)計(jì)的能力,但對(duì)于電磁兼容設(shè)計(jì)的幫助卻很有限。

  目前,全球各地區(qū)基本都設(shè)置了EMC相應(yīng)的市場(chǎng)準(zhǔn)入認(rèn)證,用以保護(hù)本地區(qū)的電磁環(huán)境和本土產(chǎn)品的競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)。如:北美的FCC、NEBC認(rèn)證、歐盟的CE認(rèn)證、日本的VCCEI認(rèn)證、澳洲的C- TICK認(rèn)證、臺(tái)灣地區(qū)的BSMI認(rèn)證、中國的3C認(rèn)證等都是進(jìn)入這些市場(chǎng)的“通行證”。

  1 電磁兼容問題

  電磁兼容設(shè)計(jì)實(shí)際上就是針對(duì)電子產(chǎn)品中產(chǎn)生的電磁干擾進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),使之成為符合各國或地區(qū)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。EMC的定義是:在同一電磁環(huán)境中,設(shè)備能夠不因?yàn)槠渌O(shè)備的干擾影響正常工作,同時(shí)也不對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生影響工作的干擾。

  一般電子線路都是由電阻器、電容器、電感器、變壓器、有源器件和導(dǎo)線組成的。當(dāng)電路中有電壓存在時(shí),在所有帶電的元器件周圍都會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng),當(dāng)電路中有電流流過時(shí),在所有載流體的周圍都存在磁場(chǎng)。

  電容器是電場(chǎng)最集中的元件。流過電容器的電流是位移電流。這個(gè)位移電流是由于電容器的兩個(gè)極板帶電,并在兩個(gè)極板之間產(chǎn)生電場(chǎng),通過電場(chǎng)感應(yīng),兩個(gè)極板會(huì)產(chǎn)生充放電,形成位移電流。實(shí)際上電容器回路中的電流并沒有真正流過電容器,而只是對(duì)電容器進(jìn)行充放電。當(dāng)電容器的兩個(gè)極板張開時(shí),可以把兩個(gè)極板看成是一組電場(chǎng)輻射天線,此時(shí)在兩個(gè)極板之間的電路都會(huì)對(duì)極板之間的電場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)。在兩極板之間的電路不管是閉路,或者是開路,當(dāng)電場(chǎng)方向不斷改變時(shí),在與電場(chǎng)方向一致的導(dǎo)體中都會(huì)產(chǎn)生位移電流。

  電場(chǎng)強(qiáng)度的定義是電位梯度,即兩點(diǎn)之間的電位差與距離之比。一根數(shù)米長的導(dǎo)線,當(dāng)其流過數(shù)安培的電流時(shí),其兩端電壓最多也只有零點(diǎn)幾伏,即幾十毫伏/米的電場(chǎng)強(qiáng)度,就可以在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生數(shù)安培的電流。可見,電場(chǎng)作用效力之大,其干擾能力之強(qiáng)。

  電感器和變壓器是磁場(chǎng)最集中的元件,流過變壓器次級(jí)線圈的電流是感應(yīng)電流。這個(gè)感應(yīng)電流是因?yàn)樽儔浩鞒跫?jí)線圈中有電流流過時(shí),產(chǎn)生磁感應(yīng)而產(chǎn)生的。在電感器和變壓器周邊的電路,都可看成是一個(gè)變壓器的感應(yīng)線圈。當(dāng)電感器和變壓器漏感產(chǎn)生的磁力線穿過某電路時(shí),此電路作為變壓器的“次級(jí)線圈”就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。兩個(gè)相鄰回路的電路,也同樣可以把其中的一個(gè)回路看成是變壓器的“初級(jí)線圈”,而另一個(gè)回路可以看成是變壓器的“次級(jí)線圈”,因此兩個(gè)相鄰回路同樣產(chǎn)生電磁感應(yīng),即互相產(chǎn)生干擾。

  在電子線路中只要有電場(chǎng)或磁場(chǎng)存在,就會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。在高速PCB及系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,高頻信號(hào)線、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源,能發(fā)射電磁波并影響其他系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其他子系統(tǒng)的正常工作。

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