- 如何對(duì)外來(lái)電磁干擾進(jìn)行抑制
- 傳導(dǎo)干擾EMC濾波電路設(shè)計(jì)
解決方案:
- 為了抑制全頻段的外來(lái)電磁干擾需要采用高、中、低三種不同頻率濾波特性的電感濾波器
- 對(duì)于共模干擾,電容對(duì)低頻信號(hào)阻礙大、電感對(duì)高頻性能好阻礙大,需要根據(jù)電感濾波器的阻抗曲線(xiàn)選擇性?xún)r(jià)比高抑制方案
- 對(duì)于抑制差模干擾,濾波電容器C3、C4與電感濾波器L0、L1、L2的數(shù)值都是越大越好
根據(jù)EMC的定義或原理,EMC濾波電路不但要抑制本電子設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾,同時(shí)也要對(duì)外來(lái)的電磁干擾信號(hào)進(jìn)行抑制,因此,圖14所示的EMC濾波電路還不是十分完美的。為了提高EMC濾波電路對(duì)外來(lái)電磁干擾信號(hào)的抑制能力,最好在輸入端也安裝一個(gè)低通濾波器,并且這個(gè)低通濾波器對(duì)本電子設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾也有很強(qiáng)的抑制能力。
另外,由于電磁干擾信號(hào)的頻譜非常寬,單獨(dú)用一個(gè)電感濾波器是很難達(dá)到滿(mǎn)意要求的,因?yàn)椋壳安捎玫碾姼袨V波器都不是理想的電感濾波器,每種規(guī)格的電感濾波器只能對(duì)應(yīng)某一頻段濾波效果為最好,因此,最好同時(shí)把高、中、低三種不同頻率濾波特性的電感濾波器同時(shí)都用上。圖15是一種具有對(duì)外來(lái)傳導(dǎo)干擾信號(hào)有很強(qiáng)抑制能力的EMC濾波電路,同時(shí),EMC濾波電路還可以把高、中、低三種不同頻率濾波特性的電感濾波器組合起來(lái)使用,使性能進(jìn)一步提高。
圖15與圖14相比,多了一個(gè)L0低通電感濾波器,目的是為了提高對(duì)外來(lái)傳導(dǎo)干擾信號(hào)的抑制能力。如果只考慮提高抑制本電子設(shè)備干擾的能力,可把C1、C2的連接位置移放到電源線(xiàn)的最前端,即:盡量靠近測(cè)試儀表的接入處,抑制干擾效果會(huì)更顯著。需要檢查電子設(shè)備對(duì)外來(lái)電磁干擾信號(hào)的抑制能力,可在電源線(xiàn)輸入端輸入一個(gè)干擾信號(hào),然后檢測(cè)電子設(shè)備被干擾影響的程度,如:電視機(jī)出現(xiàn)行掃描不同步等。對(duì)不同的電子設(shè)備,干擾信號(hào)也有不同的要求,這些標(biāo)準(zhǔn)制定一般都是由行業(yè)協(xié)會(huì)提出,最后由標(biāo)準(zhǔn)制定單位推薦使用。
傳導(dǎo)干擾EMC濾波電路設(shè)計(jì)
傳導(dǎo)干擾分共模信號(hào)干擾和差模信號(hào)干擾,我們先來(lái)分析共模信號(hào)干擾。
我們可以從圖6、圖7、圖8、圖10、圖12、圖14、圖15等看出,共模干擾信號(hào)主要是通過(guò)電子設(shè)備對(duì)地的分布電容構(gòu)成回路傳輸?shù)摹H鐖D5中的C5就是干擾設(shè)備對(duì)地的分布電容。C5的容量與干擾設(shè)備的體積有關(guān),與地面的距離有關(guān),但檢測(cè)時(shí),設(shè)備到地面的距離是固定的,C5的容量大約在十幾到幾千微微法之間。由于C5的容量很小,對(duì)低頻信號(hào)的阻抗很大,因此,能夠通過(guò)C5電容的共模干擾信號(hào)基本上都是屬于高頻信號(hào)。
在圖14、圖15電路中,為了降低共模干擾信號(hào)輸出,還在電路中串入L0、L1、L2等電感,以及C1、C2等電容。與C5電容的特性相反,電感濾波器對(duì)低頻信號(hào)的阻抗很小,而對(duì)高頻信號(hào)的阻抗卻很大。
圖16表示C5電容與L0、L1、L2等電感濾波器的頻率-阻抗特性圖。圖16中紅線(xiàn)表示設(shè)備對(duì)地電容C5的頻率阻抗曲線(xiàn);藍(lán)線(xiàn)是濾波電感L0、L1、L2的頻率阻抗曲線(xiàn)。
對(duì)于電容來(lái)說(shuō),在頻率的低端電容的阻抗很大,低頻共模干擾信號(hào)一般難以通過(guò);但當(dāng)頻率升高到一定某一個(gè)數(shù)值的時(shí)候,電容的阻抗就會(huì)降低,共模干擾信號(hào)就會(huì)很容易通過(guò),因此,產(chǎn)生共模干擾的信號(hào)的頻率主要集中在紅線(xiàn)的右端。但對(duì)于電感L0、L1、L2來(lái)說(shuō),在頻率的低端電感的阻抗很小,低頻共模干擾信號(hào)一般很容易通過(guò),但當(dāng)頻率升高到某一個(gè)數(shù)值的時(shí)候,電感的阻抗會(huì)升高,使共模干擾信號(hào)難以通過(guò),因此,出現(xiàn)共模干擾信號(hào)的頻率主要集中在藍(lán)線(xiàn)的左端。由此,可以得出結(jié)論,出現(xiàn)共模干擾信號(hào)的頻率就是在電容阻抗曲線(xiàn)與電感阻抗曲線(xiàn)的交匯處,如圖16中的a、b、c或?qū)?yīng)頻率f1、f2、f3附近。
圖16中有三條藍(lán)色電感濾波器的阻抗曲線(xiàn),分別對(duì)應(yīng)不同數(shù)值的電感。當(dāng)符合標(biāo)準(zhǔn)的共模干擾信號(hào)對(duì)應(yīng)的阻抗參考線(xiàn)為Z1時(shí),圖16中的三種電感參數(shù)全部合格;當(dāng)符合標(biāo)準(zhǔn)的共模干擾信號(hào)對(duì)應(yīng)的阻抗參考線(xiàn)為Z2時(shí),選用的三種電感參數(shù)只有兩種合格,其中第一個(gè)性能最優(yōu),但成本相應(yīng)也會(huì)提高。另外我們還可以看出,選用不同的電感參數(shù),對(duì)應(yīng)出現(xiàn)共模干擾信號(hào)的頻率也不一樣。
我們?cè)賮?lái)分析差模干擾。我們同樣可以從圖6、圖7、圖8、圖10、圖12、圖14、圖15等看出,差模干擾信號(hào)沒(méi)有通過(guò)設(shè)備對(duì)地的分布電容構(gòu)成回路,主要是通過(guò)電源輸電線(xiàn)路進(jìn)行傳輸。在圖14、圖15中對(duì)差模干擾信號(hào)起抑制作用的主要是L0、L1、L2、C3、C4,以及C1、C2。一般C1、C2都是在安全標(biāo)準(zhǔn)允許的條件下把容量用到最大,參數(shù)可調(diào)的一般只有C3、C4兩個(gè)電容,和L0、L1、L2三個(gè)電感濾波器。
圖17表示C3、C4濾波電容器與L0、L1、L2等電感濾波器的頻率-阻抗特性圖。圖17中的兩條紅線(xiàn),表示濾波電容器C3、C4選取不同容量時(shí)的頻率阻抗曲線(xiàn);兩條藍(lán)線(xiàn),表示濾波電感L0、L1、L2選取不同電感值時(shí)的頻率阻抗曲線(xiàn)。對(duì)于電容來(lái)說(shuō),在頻率的低端電容的阻抗很大,低頻差模干擾信號(hào)一般難以通過(guò);但當(dāng)頻率升高到一定范圍的時(shí)候,電容的阻抗就會(huì)降低,差模干擾信號(hào)就很容易通過(guò),因此,出現(xiàn)差模干擾信號(hào)的頻率主要集中在紅線(xiàn)的左端。
但對(duì)于電感L0、L1、L2來(lái)說(shuō),在頻率的低端電感的阻抗很小,低頻差模干擾信號(hào)一般很容易通過(guò),但當(dāng)頻率升高到一定范圍的時(shí)候,電感的阻抗也會(huì)升高,使差模干擾信號(hào)難以通過(guò),因此,出現(xiàn)差模干擾信號(hào)的頻率主要集中在藍(lán)線(xiàn)的左端。由此,可以得出結(jié)論,出現(xiàn)差模干擾信號(hào)的頻率全部都集中在電容阻抗曲線(xiàn)與電感阻抗曲線(xiàn)相交處的左端,如圖17中的a、b、c、e或?qū)?yīng)頻率f1、f2、f3、f4的左邊。因此,濾波電容器C3、C4與電感濾波器L0、L1、L2的數(shù)值,對(duì)于差模干擾信號(hào)抑制效果來(lái)說(shuō)都是越大越好。
從圖16和圖17可以看出,出現(xiàn)共模干擾信號(hào)的頻率既不是頻率的低端,也不是頻率的高端,而是在某個(gè)頻率的附近;而出現(xiàn)差模干擾信號(hào)的頻率全部都是集中在某個(gè)頻率的低端。
特別指出,上面分析,完全是把電容器和電感器看成一個(gè)理想器件來(lái)進(jìn)行分析的結(jié)果,實(shí)際應(yīng)用中的電容器并不是一個(gè)理想的電容器,電感濾波器也不是一個(gè)理想的電感濾波器。因此,在進(jìn)行實(shí)際電路設(shè)計(jì)時(shí)一定要反復(fù)查看自己所選擇器件的參數(shù),特別是各種器件的頻率響應(yīng)曲線(xiàn)。