【EMI 知识充电节】降低EMI的常用技术

当电流流过导体的时候,就会发射电磁波,因此所有电子元器件都会发射电磁波,而电磁波会对电路产生干扰,这就是电磁干扰,英文为Electromagnetic Interference,简称EMI。

即使采取各种办法,也不可能完全消除所有的电磁干扰,除非断电。但是,通过使用减少EMI波或屏蔽电路免受干扰的设计和技术,可以降低电磁干扰。

现代电子设备的集成度变得越来越高,在系统设计过程中,电磁干扰不能忽视。在系统设计开发的后期,再来考虑电磁干扰,往往会困难重重,很可能要将前期设计推到从来,从而费时费力费钱。为了将EMI降低到可接受的程度,设计时应及早规划降低EMI。
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电磁干扰,常见的来源是电子设备上的电子元器件,或者来自电气系统,以及外部环境原因。

电磁干扰的常见来源包括:

  • 供电设备:如发电机、电源、稳压器、开关和继电器、电池充电器、高压输电线。
  • 高频设备:在高频率下工作的设备,例如振荡器、计算设备、无线电、雷达和声纳设备。
  • 当电磁干扰发生的时候,干扰产生的设备或者器件本身在运行过程中所产生了不的良电磁噪声,造成自身或者其他系统或设备的性能降低,甚至运行失败。

按照电磁干扰传播的途径主要有两种,分别为辐射干扰和传导干扰。

  • 当电荷高速移动时,随着电流的变化,以及电路的组成形式差异,就会产生不同的波动的磁场和围绕它的电场,通过空间辐射出去,从而影响到其他的电子设备和电路网络,形成辐射干扰,例如无线电收音机上的静态噪声,电视屏幕上的“雪花”。
  • 传导干扰则主要是电子设备运行过程中,产生的干扰信号通过导电介质或公共电源线互相产生干扰,属于直接物理连接导致的,例如交流声干扰是由交流电引起,会带来低频连续嗡声,在有的高压电路中,也会因为高压不良产生啸叫声。

辐射干扰又根据辐射源的距离,分为远场干扰和近场干扰。电子设备中的每一个电路、每一个引脚,包括外壳、导线等,都可能起到天线的作用,会向外发射电磁信号或者接受电磁信号。远场和近场的定义,为频率为10MHz的电磁波发射源,在离发射源大于4,77米时,为远场,小于4,77米时,为近场。
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要降低辐射干扰的影响,通常采用密封屏蔽技术,在辐射源及敏感电子设备外围加密封屏蔽,隔断辐射路径,例如采用铝合金外壳,或者根据实际情况,在外壳镀一层镍或喷涂导电漆等高导磁率的屏蔽材料。同时,要在敏感电子设备的各端口增加滤波电路,阻止辐射干扰通过外部端口产生干扰进入电子设备内。

传导干扰则根据电流流动的方向,分为差模干扰和共模干扰。如果两根导线中流动的电流方向相反,则称之为差模,差模干扰,就是导线对导线之间的干扰,两根导体之间形成了不期望的电位差;如果两根导线中的电流流动反向相同,都通过地线做返回,则称之为共模,共模干扰,就是导体与参考地之间不期望的电位差。
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对于共模干扰, 最直接的办法就是滤波,用滤波器将无用的干扰信号滤除。在实际使用中,常常需要使用差模信号,在这种情况下发生的共模干扰,可以使用共模电感,以衰减共模干扰电流,从而减轻共模干扰。如果共模电磁干扰源是在电源回路,则可以在电路中引入共模电容,使得共模干扰信号被旁路,从而抑制共模干扰的产生。
对于差模干扰的情况,可以在在电路中引入差模电容,使得差模干扰信号被差模电容旁路,从而抑制差模干扰的产生。
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电子设备日新月异的发展,要求在更小的空间,安装更复杂的系统,导致各电子设备使用的空间越来越小,其中对信号敏感的系统也相互靠近,EMI更加难以抑制。在进行系统设计时,必须及时的进行降低EMI的设计,从而确保关键系统可以在充满电磁干扰的环境中安全运行。

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【配图2】
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