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『高電壓、大電流』?電磁兼容中EMI騷擾源特征分析

更新時(shí)間:2023-11-02      點(diǎn)擊次數(shù):725

電磁兼容試驗(yàn)中的重要內(nèi)容就是對(duì)外騷擾發(fā)射試驗(yàn)。因此,控制騷擾發(fā)射是一項(xiàng)重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容。為了控制騷擾發(fā)射,首先要找到騷擾源,然后采取措施消除它,或者截?cái)嗨l(fā)射騷擾能量的路徑。


EMI騷擾源有啥特征呢?
以往廣泛流傳的是:高電壓,大電流就是騷擾源。這種說法其實(shí)很片面。單純的一個(gè)很高的電壓,或者一個(gè)很大的電流,并不一定會(huì)對(duì)其它設(shè)備產(chǎn)生干擾。


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產(chǎn)生干擾的重要條件是:變化的電壓或者電流,即du/dt≠0,或者di/dt≠0。

所以,那些包含電壓,電流劇烈變化的電路就是我們需要關(guān)注的騷擾源。


為何du/dt和di/dt是產(chǎn)生騷擾的條件?


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先看上圖,有兩個(gè)閉合的回路。當(dāng)回路1中有個(gè)變化的電流I1,其會(huì)產(chǎn)生一個(gè)變化的磁場(chǎng),當(dāng)磁場(chǎng)穿過回路2的時(shí)候,回路2中就有了一個(gè)變化的磁場(chǎng)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律,回路2中會(huì)有一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),即回路1對(duì)回路2產(chǎn)生了干擾。

如果回路1中的電流是不變化的,那么回路2中磁場(chǎng)也不會(huì)變化,也不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),即回路1第回路2沒有干擾。

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上圖是電路1和電路2之間通過雜散電容產(chǎn)生相互影響的情況。

電路1在工作的時(shí)候,它的導(dǎo)線上面會(huì)有一個(gè)電壓,這個(gè)電壓如果是交變的,它就會(huì)通過一個(gè)雜散電容Cs耦合到電路2上去,即電路1對(duì)對(duì)路2產(chǎn)生了干擾。如果電壓是不動(dòng)的,那么便不會(huì)起到耦合的作用。

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上圖是電磁波的輻射天線,它是在兩個(gè)導(dǎo)體之間有一個(gè)電壓,如果電壓是直流的,那么顯然,因?yàn)閮蓚€(gè)導(dǎo)體之間是開路的,那么導(dǎo)體上面便不會(huì)有電流。

如果上面的電壓是交流的,那么因?yàn)檫@連個(gè)導(dǎo)體之間存在雜散電容,就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電流,這種電流叫位移電流,它是產(chǎn)生電磁波的重要條件。

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上面是一個(gè)環(huán)路天線,顯然,如果加到上面的電壓是直流電壓,這個(gè)電流只能產(chǎn)生一個(gè)靜磁場(chǎng),這個(gè)磁場(chǎng)是沒有輻射的。

而如果加到上面的電壓是交流電壓,那么會(huì)在上面產(chǎn)生交變的電流,由交變的電流產(chǎn)生交變的磁場(chǎng),就會(huì)產(chǎn)生輻射。

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上圖是一個(gè)電路導(dǎo)體,它可以是電源線,也可以是地線,也可以是信號(hào)線。當(dāng)上面有一個(gè)變化的電流的時(shí)候,由于導(dǎo)體本身有電感,因此會(huì)出現(xiàn)一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就是導(dǎo)體上面的電磁噪聲。如果di/dt是0,那么u就是0,就沒有電磁干擾。


典型的電磁騷擾源


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開關(guān)電源使幾乎所有電子設(shè)備都有的,開關(guān)電源在工作的時(shí)候,電路里面有劇烈的du/dt,di/dt,因此其是一種強(qiáng)的騷擾源。

數(shù)字電路的電壓和電流都是脈沖狀的,因此也有較多的du/dt,di/dt。實(shí)際上,就是由于數(shù)字電路的出現(xiàn),我們才更加關(guān)心EMC的問題。

逆變電路也是一種典型的電磁騷擾源,逆變電路把直流變成交流,其在工作的時(shí)候,也是有劇烈的du/dt,di/dt。


最主要的自然騷擾源—雷電


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一個(gè)云團(tuán)上面有電荷,它的周圍形成一個(gè)很強(qiáng)的電場(chǎng)。當(dāng)它和另外一個(gè)云團(tuán)之間的電場(chǎng)強(qiáng)度超過一定值的時(shí)候,就會(huì)擊穿空氣,產(chǎn)生劇烈的放電,這個(gè)時(shí)候伴隨著巨大的du/dt和di/dt。

右側(cè)是一個(gè)雷電發(fā)生的時(shí)候的一個(gè)電流波形,di/dt很大,因此,它是一個(gè)很強(qiáng)的電磁騷擾源。

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以往我們?cè)诶纂娺M(jìn)行防護(hù)的時(shí)候,需要使用避雷針,實(shí)際上,避雷針使雷電定點(diǎn)放電,因此,有了避雷針以后,可以對(duì)其它的設(shè)備起到保護(hù)作用。但是,當(dāng)避雷針起作用的時(shí)候,避雷針的周圍會(huì)有很強(qiáng)的電磁場(chǎng),這對(duì)于我們的電子設(shè)備是一個(gè)巨大的威脅。

識(shí)別潛在電磁騷擾源的關(guān)鍵是,看有沒有電壓,電流的突變,如果有電壓和電流的突變,就有騷擾源。

最后,通常騷擾的強(qiáng)度與電壓,電流的變化率有關(guān)。電壓和電流的變化率越高,產(chǎn)生的騷擾也越強(qiáng)。

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