- 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選擇性價(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)到滿意要求的，因?yàn)?，目前采用的電感濾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)?。如圖5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中紅線表示設(shè)備對(duì)地電容C5的頻率阻抗曲線；藍(lán)線是濾波電感L0、L1、L2的頻率阻抗曲線。
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與電感阻抗曲線的交匯處，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，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，表示濾波電容器C3、C4選取不同容量時(shí)的頻率阻抗曲線；兩條藍(lán)線，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。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與電感阻抗曲線相交處的左端，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。
