吳明

【摘要】電子設(shè)備對(duì)電源線的干擾和電波動(dòng)都十分敏感。為此，在國際和國內(nèi)的基礎(chǔ)性抗擾度測試的系列標(biāo)準(zhǔn)中，有相當(dāng)一部份都說到了要做電源線上的抗干擾試驗(yàn)。而且有為數(shù)眾多的電子設(shè)備的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，把這些試驗(yàn)列為要強(qiáng)制進(jìn)行的測試項(xiàng)目。所有情況都表明了國際和國內(nèi)對(duì)電源線的抗干擾試驗(yàn)的重視程度。本文就在此基礎(chǔ)上，對(duì)電源系統(tǒng)中電磁兼容相關(guān)性問題作出一番探討。

【關(guān)鍵詞】電源;電磁兼容;干擾

一、電磁干擾方式

電源干擾的復(fù)雜性中眾多原因之一是包含了許多可變的因素。首先，電源干擾可以以“共?！被颉安钅！狈绞酱嬖?，這是根據(jù)電磁干擾噪聲對(duì)于電路作用的形態(tài)來進(jìn)行劃分的。任何電路中都存在共模和差模電流。共模電流和差模電流都決定了傳播的電磁能量的大小。如果給定一對(duì)導(dǎo)線，一個(gè)返回參考平面，那么這兩種模式中的一種將會(huì)存在，通常是都存在的。一般來說，差分模式信號(hào)攜帶數(shù)據(jù)或有用信息;而共模信號(hào)是差分模式的負(fù)面效果，不包含有用信息，是輻射的主要來源，并且解決起來相當(dāng)?shù)穆闊?/p>

1.差模信號(hào)

差模信號(hào)又稱為常模、串模、線間感應(yīng)和對(duì)稱信號(hào)等，它在信號(hào)通路和返回通路中均存在，但彼此反相。在差模電流存在的條件下，由于輸入與輸出線路產(chǎn)生磁力線方向相反，產(chǎn)生的輻射將抵消。抵消差模輻射的設(shè)計(jì)和布線技術(shù)很容易在PCB中實(shí)現(xiàn)，所以差模信號(hào)不容易形成輻射干擾。

2.共模信號(hào)

共模信號(hào)又稱為對(duì)地感應(yīng)信號(hào)或不對(duì)稱信號(hào)，純共模信號(hào)是在輸入通路和返回通路中都存在大小相等，相位差為零的電流。共模電流典型的發(fā)生條件是電流從導(dǎo)電平面內(nèi)意料之外的通路流過，信號(hào)侵入輸入線路和返回路徑之間，電流在兩條線上各流過二分之一，以地為公共回路。由共模電流引起的輻射場的測量值是信號(hào)通路電流和返回通路上存在的電流產(chǎn)生的場的總和。由共模電流產(chǎn)生的輻射很難抑制，是EMI的主要來源。

共模輻射主要是由接地噪聲所造成的。除此之外，任何兩個(gè)裝置間連線因接地不良所形成的地端回路電流也會(huì)產(chǎn)生接地噪聲。接地噪聲使電路的一些接地部分的電壓比真實(shí)的參考地平面高，二者之間存在一個(gè)電壓差。這個(gè)電位差的能量可以直接經(jīng)由PCB的I/O電纜或經(jīng)由空氣傳送出去。通常，線路上干擾噪聲的差模分量和共模分量是同時(shí)存在的，而且由于線路阻抗的不平衡，兩種分量在傳輸中會(huì)互相轉(zhuǎn)變。干擾在線路上經(jīng)過長距離傳輸后，差模分量的衰減要比共模分量的大，這是因?yàn)榫€間阻抗和線-地阻抗不同的緣故。另一方面，共模干擾的頻率一般分布在1MHz以上，因此共模干擾在線路上傳輸?shù)耐瑫r(shí)，還會(huì)向鄰近空間輻射。電源線的輻射，特別是進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部后的電源線輻射，可進(jìn)一步耦合到信號(hào)電路去形成干擾，所以很難防范。而差模干擾的頻率相對(duì)較低，不易形成輻射。再加上在一般線路中，在對(duì)付差模干擾時(shí)已經(jīng)有了不少措施，故由差模干擾引起設(shè)備誤動(dòng)作的機(jī)會(huì)相對(duì)少些。因此，設(shè)備的敏感度問題大部分是由共模干擾引起的。

二、電磁干擾類型

造成電源干擾的復(fù)雜性的第二個(gè)原因是干擾表現(xiàn)的形式很多，從持續(xù)期很短的尖峰干擾直至電網(wǎng)完全失電。其中也包括了電壓的變化、頻率變化、波形失真、持續(xù)噪聲或雜波，以及瞬變等。我們根據(jù)國內(nèi)外的抗擾度測試的一系列標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際應(yīng)用中常常出現(xiàn)的問題，總結(jié)電源干擾的常見類型。

（1）失電

（2）頻率偏移

（3）電氣噪聲

（4）諧波失真

（5）瞬變

對(duì)應(yīng)這些干擾類型，電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)中涉及到電源的測試內(nèi)容和要求也分為了交流電源和直流電源兩種類型的測試。對(duì)于直流的輸入和輸出電源線端口的抗擾度試驗(yàn)包括：射頻傳導(dǎo)，共模調(diào)幅;浪涌線-地、線-線;電快速瞬變脈沖群電壓波動(dòng)。對(duì)于交流輸入和輸出電源線端口的抗擾度試驗(yàn)包括更多一些：射頻傳導(dǎo)，共模調(diào)幅;電壓跌落;電壓中斷;浪涌線-地、線-線;電快速瞬變脈沖群;電壓波動(dòng);低頻諧波。歸納起來就包含了除靜電放電試驗(yàn)之外所有的產(chǎn)品抗擾度試驗(yàn)。靜電放電試驗(yàn)主要是測試電力電子產(chǎn)品中所有可以被人所接觸的外部機(jī)殼的靜電放電情況。對(duì)于電源線并沒有測試要求。但實(shí)際上靜電放電所產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓和電流以及緊隨其后的電磁場變化，對(duì)電源系統(tǒng)都是有較大影響的，人體產(chǎn)生的靜電放電，會(huì)有許多不同的電流脈沖，電流波形的上升時(shí)間在100ps至30ns之間。這樣會(huì)產(chǎn)生豐富的高頻輻射諧波。其極強(qiáng)的電壓足以對(duì)電源系統(tǒng)的穩(wěn)定構(gòu)成威脅。所有我們還是要在電源設(shè)計(jì)中考慮靜電放電的問題的。

三、電磁干擾的途徑

從電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)來說，電磁干擾基本上被分成了傳導(dǎo)噪聲和輻射噪聲。這也是從干擾途徑上的直觀分類，一種直接的接觸性的干擾，一種是非接觸性。傳導(dǎo)噪聲，通過在同一工頻線路的各種設(shè)備間，而傳遞的干擾。此時(shí)的頻率范圍，是30MHz以下的頻率范圍為對(duì)象。因此范圍內(nèi)的頻率波長較長，不易成為向空中輻射的電波，故可通過工頻電源線路上的電壓測定，評(píng)估其傳導(dǎo)噪聲干擾的大小。此項(xiàng)傳導(dǎo)噪聲又可稱為端子噪聲。此項(xiàng)傳導(dǎo)噪聲，對(duì)收音機(jī)頻率極易產(chǎn)生干擾，尤其適用525-1605kHz頻帶的AM收音機(jī)，最易產(chǎn)生干擾。輻射噪聲的對(duì)象頻率，基本是在30MHz以上。因30MHz以上頻率的波長較短，故其電波容易向空中輻射。因此，可直接進(jìn)行空中傳播噪聲的測定，藉以評(píng)估噪聲的大小。與測定輻射噪聲，直接測定輻射與空中噪聲的電場強(qiáng)度（dBuV/m），予以評(píng)估即可。輻射噪聲是以電磁波形態(tài)輻射于空中，經(jīng)常侵入家用電子設(shè)備內(nèi)而成為TV圖像上的或FM收音機(jī)內(nèi)的噪聲干擾。電磁干擾就其實(shí)際作用于電路的機(jī)理四種傳輸方式：傳導(dǎo)耦合，電磁場耦合，磁場耦合和電場耦合。如果噪聲耦合方式可以確定的話，就可以采用一種合理的解決方案來降低耦合。一般，對(duì)于傳導(dǎo)耦合，就要靠濾波來減少噪聲干擾;對(duì)于后三種的耦合方式，就要避免出現(xiàn)這些電磁通路，通過屏蔽、隔離等方式阻礙電磁輻射的傳輸。當(dāng)處理輻射問題時(shí)，最普遍的規(guī)則是：頻率越高，輻射耦合的幾率就越高;頻率越低，傳導(dǎo)耦合的幾率就越高。

電源系統(tǒng)的電磁兼容性問題是非常復(fù)雜，所以使得電源系統(tǒng)的電磁兼容往往不容易實(shí)現(xiàn)。只有對(duì)電磁干擾了解分析的比較透徹，才可能比較經(jīng)濟(jì)有效的消除電磁干擾，不然我們只有靠對(duì)各種電磁干擾抑制措施的堆積來達(dá)到有效消除電磁干擾的目的了。

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