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陶老师ESD、EMI、EM讲座(2)——EM与EMI

陶老师ESD、EMI、EM讲座(2)——EM与EMI

点击数:7482 次   录入时间:03-04 11:58:30   整理:http://www.55dianzi.com   电工文摘
这个更加具体,有电力穿过的时候会产生电力线,电力线会产生共模干扰,这几个都是共模干扰,那些都是差模干扰。这些干扰主要是如何产生的?本身线路里面只有电流流过,构成一个线圈或导线都会产生干扰,最大的是变压器漏感,这是其他回路的好几十倍。所以变压器漏感最好进行屏蔽?怎么屏蔽呢?在线圈的外边用一层金属,铝片也好,铜片也好,一般用铜片包起来,包起来应该让它短路,就是用焊丝焊起来,漏感在上面也会产生涡流,一产生涡流就会产生抵消干扰的磁场,就相当于把漏感抵消掉。





减少线路中的干扰,就是信号线或传输线,两根线靠得越近,一个电流往这边流,一个电流往那边流,两个电磁场会抵消掉。也就是说在回路里面产生的感应面积相对越小越好。


电磁辐射干扰原理。主要也是有两种,一种是电场辐射,电场辐射最典型的就是半波阵子,如果上面这根天线的波程是半个波程,电场是最大的,现在一般都很少有半波程,有一段接大地,有一端作为发射天线,像中波天线就是这样,电信天线就是半波阵子。还有一个是磁场天线,磁场天线相当于变压器的回路,不过这个天线有参数,或者半波阵子波程最好是半个波程,根据这个波程发射,不是随便的,长的短的效果是不一样的。电磁辐射产生这两个阵子还会充放电,一下子到正,一下子到负,相当于电容。充放电在这里会产生磁场,这个磁场又产生电阻,这就是麦格思维,不断、不断的传下去,在这里面的旋度等于面积的强度,这就是麦格思维方程。电磁波传播是这样的,辐射原理主要是这个原理。

各种干扰脉冲波形的频谱。辐射和干扰的频率有关,频率一般都是指正弦波,这样比较好理解,对于方波或正弦波的波形,一般我们都可以把它看成是无穷多个上升率不同的波形进行叠加,也就是用基数展开,这是数学表达方式,比较正确是用不同的上升率,不同的波形进行叠加,但上升率不好理解,一般都是用正旋波表示。这里面波种不同的波形,它产生的干扰不一样。这种的频谱是最宽的,这种是高新的,接近于正弦波。120dB的时候是1v,126dB就是2v,大家知道dB是什么吗?它一般用来表示放大倍数,就是输出电压与输入电压之比,取数值大于20。为什么用这个倍数来比?用倍数比相当于把视角范围缩小,让你好看,如果从线性来看,一个毫伏一直到两伏就冲到天上去了,不好看。用对数坐标表示,越往下越压缩,前面是压缩比较小,这边也是。这里变成10,变成了100,变成1000,这是在电工里面用量表示,用倍数表示,每6dB就差1倍,大家记住。这里是60÷20=3,是3个据波,这里是1000微伏,120是正极,1V+6dB=2v。到测试所去测试给一个曲线,很多人问我dB是什么意思?dB就是一个坐标,后面会加一个单位,一个毫伏0dB就是一个毫伏。功率不是20倍表示了,而是用10倍表示,每3dB差一倍功率,电压就是每6个dB差一倍。

另外对于辐射干扰,我们最注意的就是共模干扰,差模干扰相对来说比共模干扰小很多,我们做过一个试验,在同一个导线里面流过的电容,相差的共模干扰是2500倍。上面就是对辐射进行测试,刚才是共模干扰,其他都是传导测试,其实就是辐射干扰测试,一般就是用天线来测,天线的测试原理就是这样的,量天线和大地之间的电压,这个设备与大地之间有分布电容,前面已经说过了,放这个在上面,与板接地产生分布电容。天线也有分布电容,分布电容不是跟设备大小和距离有关,所以测试的时候都有一个标准,固定设备中间距离有多远,天线面积用多大,还有一套天线,很多天线,不只是一个,计最大的那个,就是测试电压最大的那个,天线对辐射会产生谐振。


这就是标准的测试,这里面装了一个宽带天线,专门吸收电磁波,这里面都是塑料和导电橡胶,变成电流波在里面来回辐射,然后吸收掉。测试费用很高,一般都要几万元,如果没有把握好测几次,费用就受不了,最好测试之前自己先测一下。最简单的,就是用一块双面硬纸板,这边做一个正极天线,那边做一个磁电线,一边是接收电场的,一边是接收磁场,一圈、一圈相当于变压器的线圈,两根连起来相当于正极,长长短短可以把频率范围加宽。最好做成半波,但是半波对干扰来说很难定义范围,不过半波实际上也接收得到,只是幅度变小,就做得宽一些,多装几组以后进行测试。你在进行重力测试之前自己先测试,或者他测以后你再测一次,对比哪个频率超标或不合格了,自己再摸底,能够在那边插两个dB,你自己测了之后能插六个dB,那还不合格吗?它只是一个相对数据,因为这种方式也不是绝对科学的东西,而且每个试验室内都有一套标准的东西,只能在我这里测,不能在别的地方测,不管合不合理只能到我这里测,在同等条件下对比,你测试了以后,与他就可以对比差别出来。你在这里比,频率比也有相差,把它压下来就可以了。这个你可以用示波器,这也是常用的,相对来说也不贵,就可以使用,如果没有就用电视机高频头装一个简单的来调也可以,调到后面用一个表进行指示,像调电视台一样,慢慢描出一个曲线出来都可以。




什么是EMC?其实对于用户来说,他最关心的是EMC,但对于产品生产者来说EMI又是最关键的。因为EMI是电磁干扰,电磁干扰你生产出来的设备会干扰别人的设备,比如说电视机干扰别人的收音机,或者会干扰人家的手机,这就不行了,因为就把频率变成有偿资源,政府要卖钱的,卖给使用者以后,使用者就有权利要求你卖给我的频率一定能用,所以大家定了一个法则,法则定得太高不行,定得太低也不行,双方要有一个协议,定出来就是电磁兼容。电磁兼容是使用方和设备生产方两方协商的,一般执行都是权力部门,不是生产方来定。我们国家在1996年以前不管这样的东西的,为了监管,1996年以后我们引入EMC,就是电子兼容的概念,现在我们出口的产品都要经过EMC的认定,你没有经过EMC认定就不行。EMC认定一般有6个方面,以前只有3个方面,现在有6个方面,除了电磁场干扰以外还有安全性,安全现在也放到EMC里头去了。安全在每个国家都不一样,美国的法规放得比较松,相对来说没有欧洲那么严,但消费者要认这个东西,不管法律。比如uL认证,美国法律就没有规定,没有说产品一定要经过UL认证,但消费者认这个东西,你经过了认证我就认你,不经过我就不认你,欧洲都是有法律制定的。
 
我们后面再讲很具体的电路问题。很多人对地的概念不是很清楚,也不了解,现在很多人都把电路里面的公共关说成地,具体是不是?我们先介绍几个概念。一般按照道理,最早地就是大地,后来地慢慢习惯用到设备里面,包括外壳、输入线,比如说示波器或者信号线,与大地连在一起,有的不连,现在就变成了一个很模糊的概念,我们就把热地、冷地、浮地、接地几个概念简单介绍一下。这个符号是比较标准的接地符号,就是接大地的,不管哪个设备接地都是这个符号。热地国家还没有标准,大部分都习惯用这个箭头作为热地。冷地国家也没有标准,大家都接受是这样的,这三个地基本上电工里面都有明确定义的,这个地就是接大地,热地就是里面整流出来电源的某一端是公共端,人去摸它会带电,会电死人,和前面的火线会产生回路电流,会电到人,所以这个叫做热地。还有一个通过电子耦合以后没有电的关联,只有磁场关联,你去量根本没有回路,叫做冷地,手是可以摸的。但是你不要以为它是冷地就不带电,实际上它还是带电,为什么带电?大家可能一下子不是很清楚,它带的是静电,相当于极化带电,就是线圈通过感应以后,一头带负的,一头带正的。电容机也是,有一头带电,有一头不带电,这一点还是带负电,不带电的没有跟电路连接,定位与大地一样,所以叫做浮地。对应的不是与大地相等,但没有与大地连接,拿电表来量这一点与大地没有电压。浮地的信号现在还没有,如果大家参考的话可以参加这个符号来用,这个地方电位等于零,当两边发生变化就用这个来表,对电路分析有好处,特别是严重干扰的时候一定要把浮地找到,因为电位越高的地方电容越容易干扰,电位等于零,也就是浮地和电位是越低的地方干扰就越小。

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