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电源工程师最怕的EMC,这样分析!

福州有家装饰工程通讯 2025-03-11 0

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电磁兼容从两个方面去考虑:一方面,一样平常性产品都有电源引入线和产品本身的器件组成,做电磁兼容须要肃清电源线上引入的外部噪音,以及电气产品产生的噪音;另一方面,还要避免向外部发出噪音滋扰,这样在自己正常事情的同时也不影响别人。

一样平常来讲,我们把输入的无用旗子暗记,统称为噪音。
要想理解以上问题,我们须要知道什么叫噪音。
最早的时候,由于电源发出一些声响,我们把这样的声响称为噪音,但是实际上人耳接管频段的能力是有限的,2Hz-2KHz。
实际上更多的频段的信息(无用旗子暗记)是人耳听不见的,因此我们把凡是对器件本身无用的旗子暗记称为噪音。

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噪音按照传播路径来分,可以分为传导噪音滋扰,和空间噪音滋扰。
其传导滋扰,紧张通过导体传播。
通过导电介质,把一个电网络上的介质,耦合到另一个电网络。
那么这个更多的是由电场中电子运动引起的,因此它的频谱带宽并不高,在30M以下。
其余一种,由于电子运转速率越快和电流的变革速率越快产生了磁场,而磁场之间又是相互耦合,我们把这样的征象称为电磁场。
电磁场由于频谱较高,一样平常在30 Hz-30 ZHz,由于带宽高,斜率陡,它更随意马虎向空间辐射,我们把这样的滋扰称为辐射滋扰,以是办理EMC的问题是办理传导滋扰和辐射滋扰这两类问题。
从技能角度来说是办理电场和电磁场问题。
由于这些滋扰对产品产生负面影响,乃至不能够正常事情,以是我们尽可能消灭它。
那么从事理来说,我们只要衰减这些旗子暗记波,滋扰波,让它们的毁坏降落就可以了。
从方法角度来说,我们一样平常用滤波器来进行衰减,乃至肃清。
那么传导噪音滋扰,一样平常可以通过设计滤波电路,或者增加滤波器的方法来进行抑制和衰减。
也可以采取双绞线,或同轴电缆的办法。
而空间辐射滋扰则紧张通过密封屏蔽技能在构造上实施电磁屏蔽。
比如说可以用带屏蔽层的电源线,构造上可以用电源罩。
比如条记本电脑上采取屏蔽贴,一些产品上镀一层导电漆来进行屏蔽。

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(图片来自网络侵删)

综上所述,电磁滋扰分为传导滋扰,空间滋扰;传导滋扰又分共模滋扰和差模滋扰,那么空间滋扰又分辐射滋扰和感应滋扰;感应滋扰又分电场耦合和磁场耦合。

那么,构成滋扰要有三要素,骚扰源,传播路子,敏感设备。
骚扰源分两种,一种是电场的骚扰源,一种是磁场的骚扰源。

在电路设计中如何办理共模滋扰和差模滋扰?

上文提到的传导噪音滋扰,又分为差模滋扰和共模滋扰两种。
差模滋扰是指两条电源线之间(wire to wire)的,紧张通过选择得当的电容(X电容,也称安规电容),和差模线圈来进行抑制和衰减。
共模滋扰则是两条电源线分别对大地(简称线对地)的,紧张通过选择得当的电容(Y电容,也是安规级别的),和共模线圈来进行抑制和衰减。
我们常用的低通滤波器,一样平常会同时具有抑制共模和差模滋扰的功能。

如图1,3为差模电容,2为共模电感,4为共模电容。

1,2,3共同组成的叫π型滤波器,1,3组成的电容紧张是滤两根线之间的旗子暗记差,因此而得名。
一样平常这两个电容的取值在0.22 uf-1.5 uf。
在涌现滋扰超标的时候,一样平常办理方法是把这两个电容的值加大,但随着电容容值加大,会导致泄电流加大,这点须要把稳。

2为共模电感,这个上面有两根独立的线圈,方向相反的绕制在同一个圆形闭合的磁芯上,当有差分旗子暗记通过时,由于这两根导线大小相等,反向相反,因此产生的磁场相互抵消了。
共模电感的感量选型一样平常在几百微亨到几毫亨级别。
4为共模电容,这两个电容由于分别连接着L和N两根线且对地的,呈Y型状,因此而得名。
它们的取值一样平常在2200pF-6800pF,其值越大,越随意马虎办理滋扰问题,但是泄电也越大,取值要甚重。

当电路中的正常电流流经共模电感时,电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消,此时正常旗子暗记电流紧张受线圈电阻的影响(和少量因漏感造成的阻尼);当有共模电流流经线圈时,由于共模电流的同向性,会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗,使线圈表现为高阻抗,产生较强的阻尼效果,以此衰减共模电流,达到滤波的目的。

一样平常 滤波器不单独利用差模线圈,由于共模电感两边绕线不一致等缘故原由,电感必定不会相同,因此能起到一定的差模电感的浸染。
如果差模滋扰比较严重,就要追加差模线圈。

差模滋扰:大略的说便是线对线的滋扰。

如图,我们可以看到差模的事理图。
UDM 便是差模电压,IDM 便是差模电流。
IDM 大小相同,方向相反。

差模滋扰产生的缘故原由

差模滋扰中的滋扰是起源在同一电源线路之中(直接注入)。
如同一线路中事情的电机,开关电源,可控硅等,他们在电源线上所产生的滋扰便是差模滋扰

如何影响设备。

差模滋扰直接浸染在设备两端的,直接影响设备事情,乃至毁坏设备。
(表现为尖峰电压,电压跌落及中断。

如何滤除差模滋扰

紧张采取差模电感和差模电容。

差模电感的事情事理:

可以看到,当电流流过差模线圈之后,线圈里面的磁通是增强的,相称于两个磁通之和。
线圈特性 低频率低阻抗 高频率高阻抗 决定了在高频时利用它的高阻抗衰减差模旗子暗记。
(如图下图所示)

当频率为50Hz时,线圈阻抗靠近于0,相称于一根导线,不起任何衰减浸染。

当频率为500k Hz时,阻抗达到5k 欧,而空想状态下,此时负载阻抗一样平常考虑为50欧。

根据上面公司,此时差模线圈分得了99%的差模滋扰电压。
而负载只分得了1%的差模滋扰电压。

同时,电流也有很大的衰减。
(可以算出此时线圈的差模插入损耗)

差模电容事情事理:

可以看到:

电容特性 低频率高阻抗 高频率低阻抗。
滤波器利用电容在高频时它的低阻抗短路掉差模滋扰。
(如下图所示:)

当频率为50Hz时,电容阻抗趋近于无穷大,相称于短路,不起任何衰减浸染。

当频率为500k Hz时,电容阻抗很小,根据上式可以看到,差模繁芜的电流衰减为趋近于0。

如当频率为500k Hz时,负载50欧,容抗0.05欧。

此时电容分得了99.9%的差模滋扰电流,而负载只分得了0.1%的差模滋扰电流。

也便是说500k Hz 时,电容使得差模滋扰低落了30dB。

共模:便是同时对地的滋扰

如图,我们可以看到共模的事理图,UPQ 便是共模电压,ICM1 ICM2便是共模电流。
ICM1 ICM2大小不一定相同,方向相同。

共模滋扰产生的缘故原由很多,紧张缘故原由有以下几点。

1.电网串入共模滋扰电压。

2.辐射滋扰(如雷击,设备电弧,附近电台,大功率辐射源)在心啊后线上感应出共模滋扰。
(事理是 交变的磁场 产生交变的电流,犹豫地线,零线回路面积与地线 火线回路面积不相同,两个回路阻抗不通等缘故原由造成电流大小不同)

3.接地电压不一样,也便是说电位差异引入共模滋扰

4.也包括设备内部电线 对电源线的影响。

如何影响设备

共模电压有时较大,特殊是采取隔离性能差的配电供电室。
变送器输出旗子暗记的共模电压普遍较高,有的可高达130V以上。
共模电压通过不对称电流可转换成差模电压,直接影响测控旗子暗记。
造成元器件破坏,这种共模滋扰可为直流,亦可为互换。
如图

ICM2 近似即是ICM1:而Z1不即是Z2;UP=ICM2ZCM2;UQ=ICM1ZCM1

以是UP不即是UQ,从未转换为差模电压UPQ

也便是说,共模滋扰不直接影响设备,而是通过转化为差模电压来影响设备。

如何滤除共模滋扰(共模线圈 共模电容)

共模线圈

共模线圈和差模线圈事理比较类似,都是利用线圈高频时的高阻抗来衰减滋扰旗子暗记。

共模线圈和差模线圈绕线方法刚好相反(如图)

由于差模线圈在滤除滋扰的同时,还会一定程度的增加阻抗。
而共模线圈对方向相反的电流基本不起浸染。
以是我们在能够知足特性的条件下,一样平常很少利用差模线圈。

共模电容的事情事理

共模电容的事情事理和差模电容的事情事理是同等的,

都是利用电容的高频低阻抗,使高频滋扰旗子暗记短路,而低频时电路不受任何影响。

只是差模电容是两极之间短路。
而共模电容是线对地短路。

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