EMI定义、影响因素和相关介绍
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EMI (电磁干扰)基础2012-11-281、概述大多数国家的安全和EMC (电磁兼容)标准通常是合在一起的,如CE 认证(欧洲共同体认证)和CCC (中国强制认证);但美国是分开的,UL 认证(美国保险商实验室)表示符合产品安全标准,而FCC 认证(美国联邦通信委员会)则表示符合电磁干扰标准。
EMC 要求机器既不能干扰其它设备,也不能受其它设备干扰,而EMI 包括传导和辐射,而传导又分为差模(DM )噪声干扰和共模(CM )噪声干扰。
2、EMI 辐射基础光、射线波、红外线、微波等都是电磁波,它们的波长λ(m )、频率f (Hz )和在介质中的传播速率u (m/s )的关系是λ=u/f 。
如果电子设备尺寸接近于λ/4,那么它就极易发射(或者接收)相应频率的电波,这正是收音机天线的原理,手机收音机必须插上耳线才能收到电台是因为耳线作为天线使用了。
当天线远比最佳的λ/4短时会怎么样?天线短于λ/10仍相当有效,这就就是为什么在汽车上(固定长度的)鞭状天线可以很好的接收几乎所有FM 频道,当天线远比λ/4长时可以把天线当成已经钳位于λ/4,剩下的长度基本上多余。
把机器插头插到交流电网插座上时,其输入电缆(交流电源线)与建筑的配电线结合形成天线,这就产生很强的辐射干扰,影响附件其他设备工作,除辐射途径外,发射还可以通过电网线路传导干扰,直接影响其他插座上的装置。
麦克斯韦电磁场理论指出,变化的电场产生磁场,变化的磁场产生电场。
开关变换器频率越高EMI 性能越差, 对MOS 管而言,这里所指“频率”并非一定是PWM 开关频率(开关频率约为100kHz-500kHz ,即周期为几ms ),而是指非常短的转换时间,即10ns-100ns (MOS 管的驱动电阻不能随便选)。
在特定情况下转换时间是固定的,频率越高重复次数越多EMI 越严重。
尽管电磁波电场与磁场的幅值随着与发射源之间距离的增大而衰减,但在足够远的距离之外的任意点,电场和磁场的幅值比为恒定值。
2. EMI 簡介2.1 雜訊的定義雜訊係指除了所需的信號以外而出現在電路內的任何電氣訊號[Motchenbacher and Fitchen, 1973],此定義並不包含內部的失真訊號-一種非線性的附屬品。
所有電子系統都或多或少有些雜訊,但只有當雜訊影響到系統的正常執行時才會發生問題。
雜訊的來源可被歸類成三種不同的典型:1.人為的雜訊源一數位電子、無線電傳輸、馬達、開關、繼電器等等。
2.天然的干擾一太陽黑子及閃電。
3.純質的雜訊源一從實際系統產生的相關隨機擾動,諸如熱雜訊和凸波雜訊。
我們應當瞭解,雜訊是不可能完全被去除的,但是經由適當的接地(grounding)、屏避(shielding)與濾波(filtering),則可將其干擾儘量降低。
對於一個良好的電路設計,預防勝於發生問題後的電路修改。
在電路板的佈局即開始做好雜訊防治的工作,是建構高可靠度低雜訊電子系統的首要工作。
2.2 EMI的起源EMI的來源包括微處理器、開關電路、靜電放電、發射器、暫態電源元件、電源以及閃電。
在一個微處理器為基礎的電路板內,數位時序電路通常是寬頻帶雜訊的最大產生者,這所謂的寬頻帶即指分佈於整個頻譜的雜訊。
隨著快速半導體以及更快的邊緣變化率的增加,這些電路可能產生高達300 MHz的諧波干擾,這些高頻諧波應予以遮蔽或濾除。
2.3 EMI 傳輸瞭解雜訊如何傳輸有助於辨識電路內部的電磁干擾問題。
雜訊的發生必需要有來源(source)、耦合路徑(coupling path)以及易感染的接收器(susceptible receptor) [Ott, 1988] ,這三者必需一起出現才會有EMI問題的存在,圖1說明EMI如何以耦合方式進入一個系統。
因此,若是三者之一被排除於系統之外或被減少,干擾才會消失或降低。
圖1是以馬達控制為例的EMI說明,其中功率級至馬達的線圈電流是產生EMI的來源,控制器的低階訊號(數位或類比信號)是易受干擾的接收器,耦合路徑則可能是經由傳導方式(經由電源或地線)或輻射方式。