6.2電磁干擾與防護

1、2020/8/2,1,6.2電磁干擾和抗干擾措施,一、電磁兼容（EMC）概念 我國從世紀80年代至今已制定了上百個電磁兼容的國家標準，強制要求多數(shù)電氣設備必須通過相關電磁兼容標準的性能測試，否則為不合格產品。 電磁兼容是指電子系統(tǒng)在規(guī)定的電磁干擾環(huán)境中能正常工作的能力，而且也不向處于同一環(huán)境的其它設備釋放超過允許范圍的電磁干擾 。,2020/8/2,2,二、電磁干擾的來源,電磁干擾源分類： 自然界干擾源和人為干擾源 有意干擾和無意干擾 傳導型干擾和輻射型干擾,三 電磁干擾三要素,消除或減弱電磁干擾的方法 （1）消除或抑制干擾源：積極、主動的措施是消除干擾源。 （2）切斷干擾途徑：提高絕緣性能、

2、采用隔離、濾波電路、靜電屏蔽、磁屏蔽、電磁屏蔽等。 （3）削弱接受回路對干擾的敏感性：降低輸入阻抗、盡量采用數(shù)字電路等。,（1）干擾源 （2）干擾途徑傳導型干擾（路）、輻射型干擾（場） （3）對電磁干擾敏感性較高的接收電路,2020/8/2,4,干擾途徑,傳導型（通過路的干擾）： 供電干擾（電源干擾）：來自電源本身或由于電源異常抖動引起的干擾 強電干擾（信號通道干擾）：來自信號通道內部的各種干擾 接地干擾：由于接地不當引起的干擾 輻射型（通過場的干擾）： 輻射干擾：來自空間的電磁干擾,2020/8/2,5,電吹風機干擾電視機的演示,電吹風機產生的電磁波干擾以兩種途徑到達電視機：一是通過共用的電

3、源插座，二是以空間電磁場傳輸?shù)姆绞接呻娨暀C的天線接收。應設法切斷這些干擾途徑。,2020/8/2,6,由電源配電回路引入的干擾,交流供配電線路在工業(yè)現(xiàn)場的分布相當于一個吸收各種干擾的網絡, 而且十分方便地以電路傳導的形式傳遍各處，經檢測裝置的電源線進入儀器內部造成干擾。,2020/8/2,7,由電焊引起的干擾,電焊機電纜產生強磁場干擾,磁場交鏈,信號線,2020/8/2,8,四 幾種電磁兼容控制技術,抗電磁干擾技術有時又稱為電磁兼容控制技術。 針對破壞干擾途徑的目標，常用的抗干擾技術有屏蔽、隔離、濾波、接地等技術。,2020/8/2,9,四 常見的電磁兼容控制技術,屏蔽技術：可抑制電磁干擾在空

4、間的傳播，并切斷輻射 干擾的傳播途徑 隔離技術：阻斷干擾信號傳導通路，并抑制干擾信號 強度 濾波技術：根據(jù)頻率選擇性地抑制干擾信號 接地技術：保護人身和設備安全；提供參考零電位； 阻隔地環(huán)路,2020/8/2,10,一）屏蔽技術,利用金屬材料制成容器，將需要防護的電路包圍在其中，可以防止電場或磁場耦合干擾的方法稱為屏蔽。屏蔽可分為靜電屏蔽、低頻磁屏蔽和電磁屏蔽等幾種。根據(jù)不同的對象，使用不同的屏蔽方式。,未加屏蔽罩時，中頻變壓器線圈易受外界干擾。,加屏蔽罩后的中頻變壓器,2020/8/2,11,1.靜電屏蔽,靜電屏蔽是用銅或鋁等導電性良好的金屬為材料制作成封閉的金屬容器，把需要屏蔽的電路置于其

5、中，使外部干擾電場的電力場不影響其內部的電路，反之，若封閉的金屬容器與地線連接，容器內電路產生的電力線也無法影響外電路。 不僅能防止靜電干擾，也能防止交變電場干擾。 靜電屏蔽的容器壁上允許有較小的孔洞（作為引線孔或調試孔），它對屏蔽的影響不大。,2020/8/2,12,各種靜電屏蔽,儀器設備的屏蔽外殼必須接地,帶孔屏蔽板,2020/8/2,13,各種靜電屏蔽,開關電源采用帶孔的屏蔽外殼，既可散熱，又可防止電磁干擾外泄,2020/8/2,14,各種靜電屏蔽（續(xù)）,帶調試孔的屏蔽盒,2020/8/2,15,屏蔽線,三絞扭屏蔽線,銅芯,4對雙絞扭屏蔽線（屏蔽層接地）,聚氟乙烯絕緣層,銅線編織網（接地

6、）,2020/8/2,16,2.低頻磁屏蔽,低頻磁屏蔽是用來隔離低頻（主要指50Hz）磁場和固定磁場（也稱靜磁場，其幅度、方向不隨時間變化，如永久磁鐵產生的磁場）耦合干擾的有效措施。 靜電屏蔽線或靜電屏蔽盒對低頻磁場不起隔離作用。必須采用高導磁材料作屏蔽層，以便讓低頻干擾磁力線只從磁阻很小的磁屏蔽層上通過，使低頻磁屏蔽層內部的電路免受低頻磁場耦合干擾的影響。有時還將屏蔽線穿在接地的鐵質蛇皮管或普通鐵管內，同時達到靜電屏蔽和低頻屏蔽的目的。,2020/8/2,17,低頻磁屏蔽舉例,多數(shù)儀器的外殼采用導磁材料（例如：鐵質機殼）作屏蔽層。如果將外殼接地，則同時達到靜電屏蔽和低頻磁屏蔽的目的。,202

7、0/8/2,18,3.高頻磁屏蔽,高頻磁屏蔽是采用導電良好的金屬材料做成屏蔽罩、屏蔽盒等不同的外形，將被保護的電路包圍在其中。它屏蔽的干擾對象是高頻（40kHz以上）磁場。 干擾源產生的高頻磁場遇到導電良好的電磁屏蔽層時，就在其外表面感應出同頻率的電渦流，從而消耗了高頻干擾源磁場的能量。其次，電渦流也將產生一個新的磁場，抵消了一部分干擾磁場的能量，從而使電磁屏蔽層內部的電路免受高頻干擾磁場的影響。,鍍銅電磁屏蔽盒,2020/8/2,19,3.高頻磁屏蔽,高頻磁屏蔽層所需的厚度與干擾頻率有關。 1）f 1MHz時，用0.05mm厚的金屬制成的屏蔽體可將場強度減為原場強的1/100左右 2） f

8、10MHz時，用0.01mm厚的金屬制成的屏蔽體可將場強度減為原場強的1/100甚至更低 3） f 100MHz時，可在塑料殼體上鍍或噴以銅層或銀層制成屏蔽體。 若將高頻屏蔽層接地，就同時具有靜電屏蔽的功能，也常成為電磁屏蔽。,2020/8/2,20,軍用屏蔽帳篷,幾種用導電纖維材料編織而成的軍用電磁屏蔽器材,軍用 電子方艙,屏蔽通信車,2020/8/2,21,屏蔽室,導電PVC地板 用于防靜電及 底部屏蔽,干擾信號無法穿透鋼板屏蔽室,2020/8/2,22,二） 隔離技術,變壓器隔離：采用隔離變壓器，隔離低頻干擾信號 （只能傳輸交流信號） 扼流圈隔離：抑制高頻干擾（可傳輸交、直流信號） 光電

9、耦合隔離：光電耦合器是一種電光電耦合器 件，輸入量、輸出量都是電流，但兩者 之間是絕緣的。可隔離兩電路單元間 的干擾信號。 繼電器隔離：實現(xiàn)強、弱電器件間的隔離，驅動大功 率設備。但有觸點，通斷時會產生火花 或電弧引起干擾。 固態(tài)繼電器隔離：用晶體管或晶閘管代替常規(guī)繼電器的觸點 開關，實質上是一種帶光電隔離器的無觸點開關。,2020/8/2,23,光耦的隔離、傳輸作用舉例,下圖是用光耦傳遞信號并將輸入回路與輸出回路隔離的電路。光耦的紅外發(fā)光二極管經兩只限流電阻R1、R2跨接到三相電源電路中。 請分析當交流接觸器未吸合時和吸合后兩種狀態(tài)下流過光耦中的紅外發(fā)光二極管V1的電流、光耦中的光敏三極管V

10、1的狀態(tài)，以及Ue、o的電平。,2020/8/2,24,三） 濾波技術,按濾波器頻率特性分類： 高通、低通、帶通、帶阻 按濾波器對干擾信號的處理方式分類： 反射式、吸收（損耗式） 按濾波器構成形式： 硬件濾波器、軟件濾波器,對與有用信號頻率相近的干擾信號， 能否采用濾波技術消除干擾？,2020/8/2,25,濾波器是抑制交流差模干擾的有效手段之一。有RC濾波器和LC濾波器等幾種。,1. RC濾波器：當信號源為熱電偶、應變片等信號變化緩慢的傳感器時，利用小體積、低成本的無源RC低通濾波器將對串模干擾有較好的抑制效果。,a）單節(jié)RC濾波器與放大器的連接 b）雙節(jié)RC濾波器 c）低通濾波器圖形符號

11、d）頻率特性,2020/8/2,26,2.交流電源濾波器,電源網絡吸收了各種高、低頻噪聲，對此常用LC濾波器來抑制混入電源的噪聲。,2020/8/2,27,交流電源濾波器外形,2020/8/2,28,交流電源濾波器外形,帶交流電源 濾波器的插座,2020/8/2,29,交流電源濾波器的內部電路,圖中的100H電感、0.1F電容組成高頻濾波器，用于吸收從電源線傳導進來的中短波段的高頻噪聲干擾；圖中兩只對稱的5mH電感是由繞在同一只鐵心兩側、匝數(shù)相等的電感繞組構成的，稱為共模電感（共模扼流圈），用于吸收因電源波形畸變而產生的諧波干擾；圖中的壓敏電阻用于吸收因雷擊等引起的浪涌電壓干擾。,2020/8

12、/2,30,開關電源內部的電源濾波器及共模電感,2020/8/2,31,電源濾波器中的共模電感,當50Hz電流流經共模電感時，由于進線與出線產生的磁場方向相反，相互抵消，不會產生壓降，但共模電感對共模干擾卻有較大的感抗。,三相共模電感,2020/8/2,32,電源濾波器中的共模電感,當50Hz電流流經共模電感時，由于進線與出線產生的磁場方向相反，相互抵消，不會產生壓降，但共模電感對共模干擾卻有較大的感抗。,2020/8/2,33,交流電源濾波器的使用效果,使用電源濾波器前觀察到的干擾,使用電源濾波器后干擾消失,2020/8/2,34,對直流電源：直流電源濾波器,直流電源往往為幾個電路所共用，為

13、了避免通過電源內阻造成幾個電路間互相干擾，應在每個電路的直流電源上加上RC或LC退耦濾波器。下圖中的電解電容用來濾除低頻噪聲，電解電容旁邊并聯(lián)一個0.010.1F的磁介電容或獨石電容，用來濾除高頻噪聲。FB是磁珠濾波器。,2020/8/2,35,四）接地技術：,保護人身和設備安全； 提供參考零電位； 阻隔地環(huán)路； 屏蔽層接地。,2020/8/2,36,1.保安地線 接地起源于強電技術，它的本意是接大地，主要著眼于安全。這種地線也稱為“保安地線” 。它的接地電阻值必須小于規(guī)定的數(shù)值。,地線的種類,2020/8/2,37,四種觸電情況,2020/8/2,38,保安地線,電烙鐵的外殼必須良好地接大地

14、，以保證人身安全以及焊接對象不致被靜電擊穿。,2020/8/2,39,接大地與防靜電的關系,人在工頻電場中工作時，身體可能感應出幾十伏以上的電壓；當人在地板上行走時，也可能因摩擦而帶上幾百伏以上的靜電。因此在焊接集成電路時，人體必須良好地接大地，以保證集成電路的CMOS輸入端不致被靜電擊穿。人體接地的方法之一是帶上接地的防靜電手腕帶。,防靜電手腕帶,2020/8/2,40,防靜電手腕帶的使用,接地,2020/8/2,41,2.信號地線,對于儀器、通訊、計算機等電子技術來說，“地線”多是指電信號的基準電位，也稱為“公共參考端”，它除了作為各級電路的電流通道之外，還是保證電路工作穩(wěn)定、抑制干擾的重

15、要環(huán)節(jié)。它可以接大地，也可以與大地隔絕。常將儀器設備中的公共參考端稱為信號地線。,2020/8/2,42,信號地線分類,模擬信號地線(Grounded Wire of Analog Signal),模擬信號地線是模擬信號的零信號電位公共線，作為變送器、放大器、ADC、DAC中模擬電路的零電位。 因為模擬信號電壓多數(shù)情況下均較弱、易受干擾，易形成級間不希望的反饋，所以模擬信號地線的橫截面積應盡量大些。,2020/8/2,43,數(shù)字信號地線 (Grounded Wire of Digital Signal),數(shù)字信號地線是數(shù)字信號的零電平公共線（作為各種數(shù)字電路的零電位）。由于數(shù)字信號處于脈沖工作

16、狀態(tài)，動態(tài)脈沖電流在接地阻抗上產生的壓降往往成為微弱模擬信號的干擾源，為了避免數(shù)字信號對模擬信號的干擾，兩者的地線應分別設置，再匯集于所選擇的一點。,2020/8/2,44,信號源地線 (Grounded Wire of Signal Source),傳感器可看作是測量裝置的信號源，多數(shù)情況下信號較為微弱，通常傳感器安裝在生產設備現(xiàn)場，而測量裝置設在離現(xiàn)場一定距離的控制室內，從測量裝置的角度看，可以認為傳感器的公共參考端就是信號源地線，它必須與測量裝置進行正確的連接才能提高整個檢測系統(tǒng)的抗干擾能力。,2020/8/2,45,負載（功率）地線 (Load Grounded Wire),是大電流功

17、率驅動電路的零電位。負載的電流一般都比前級信號電流大得多，負載地線上的電流有可能干擾前級微弱的信號，因此負載地線必須與其他信號地線分開。,2020/8/2,46,2) .單點接地和多點接地,串聯(lián)式單點接地 若將多級電路的地線逐級串聯(lián)，在最后一段地線上將存在一定的對地電位差，有可能產生共阻抗耦合干擾，應采取并聯(lián)接地方式，才不易產生級與級之間的相互干擾。,2020/8/2,47,2) 單點接地和多點接地,并聯(lián)式單點接地 并聯(lián)單點接地方式不易產生共阻抗耦合干擾，但需要多根地線，在低頻時效果較好，但在高頻時反而會引起各地線間的互感耦合干擾，因此只在頻率為1 MHz以下時予以采用。 設計多級電路的地線應注意以下兩個原則：一是公用地線截面積應盡量大些，以減小地線的內阻，二是應把電流最大的電路放在距電源的接地點最近的地方。,2020/8/2,48,多級電路的單點接地原則的改錯,請指出下圖的電源接地錯誤,監(jiān)控電路,電源盒,第二級放大器,第一級放大器,地線1,地線3,+12V,地線2,2020/8/2,49,2）單點接地和多點接地,多點接地 當信號頻率較高時，應采取“多點接地”，即各單元電路分別連至最近的地線上。多點接地的地線一般采用金屬導帶組成的柵格網絡或整塊金屬板。 因為接地面積很大，內阻很低，事實上相當于一