電磁干擾的分類

1、電磁干擾的分類具體到“電磁干擾”,可以按照下面所列七類進(jìn)行劃分：按照發(fā)生源劃分 按照傳播路徑劃分 按照輻射干擾的產(chǎn)生原因劃分 按照不同設(shè)備的工作原理劃分 按照發(fā)生的頻率劃分 按照頻率范圍劃分 不同的交流電源 而且可以在每一類中進(jìn)一步分類。根據(jù)發(fā)生源可將干擾細(xì)分如圖1圖4。圖1 電磁干擾源類別圖2自然干擾源類別圖3人為干擾源類別圖4 內(nèi)部干擾源類別從受干擾方面來(lái)看,外來(lái)噪聲是外界干擾,內(nèi)部噪聲是機(jī)內(nèi)噪聲。除此之外,噪聲按傳遞途徑分類如圖5所示。圖5 按照干擾傳輸路徑分類干擾傳播的途徑如圖6所示。有通過(guò)電源線、信號(hào)線、地線、大地等途徑傳播的“傳導(dǎo)干擾”,也有通過(guò)空間直接傳播的“空間干擾”。這些噪聲

2、并不獨(dú)立存在,在傳播過(guò)程中又會(huì)出現(xiàn)新的復(fù)雜噪聲。圖6 干擾傳播路徑造成數(shù)字電路工作不正常的干擾可分為：電源干擾,反射,振鈴（LC共振）：上沖、下沖,狀態(tài)翻轉(zhuǎn)干擾,串?dāng)_干擾（相互干擾、串音）,直流電壓跌落。造成開(kāi)關(guān)電源質(zhì)量下降的干擾分為：出現(xiàn)在輸出入端子上的干擾（電流交流聲,尖峰脈沖噪聲,回流噪聲）;影響內(nèi)部工作的干擾（開(kāi)關(guān)干擾,振蕩,再生噪聲）。按發(fā)生的頻率分為：突發(fā)干擾,脈沖干擾,周期性干擾,瞬時(shí)干擾,隨機(jī)干擾,跳動(dòng)干擾。造成交流電源質(zhì)量下降的干擾分為：高次諧波干擾,保護(hù)繼電器,開(kāi)關(guān)的震顫干擾,雷電涌,尖峰脈沖干擾,噴射環(huán)電弧,瞬時(shí)浪涌。將來(lái)可能會(huì)將下面這些項(xiàng)目歸入到交流干擾內(nèi)：瞬時(shí)停電,瞬

3、時(shí)下降,頻率變化,電壓變化,高次諧波失真。另外還干擾按頻率分為：低頻干擾,高頻干擾。如上所述,干擾可以分成很多類別,這些干擾既產(chǎn)生于電氣電子設(shè)備,又干擾電氣電子設(shè)備,造成設(shè)備的故障和停用,帶來(lái)經(jīng)濟(jì)和人員傷害。為了使各種設(shè)備能夠互不干擾,正常工作,應(yīng)運(yùn)而生了EMC技術(shù)。簡(jiǎn)而言之,EMC是“不發(fā)干擾,不受干擾”?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外都在研究開(kāi)發(fā)EMC技術(shù),并應(yīng)用于電氣電子設(shè)備的制造中。問(wèn)： 什么是共模干擾和差模干擾？為什么有二種？答： 從干擾源發(fā)出的干擾泄漏到外部的途徑、或者是干擾侵入到受干擾的設(shè)備中的途徑,有電壓、電流通過(guò)電源線或信號(hào)線的傳導(dǎo)傳輸和靠電磁波在空間輻射傳輸二種途徑。電壓電流的變化通過(guò)導(dǎo)線傳輸

4、時(shí)有二種形態(tài),我們將此稱做“共?！焙汀安钅！薄ＴO(shè)備的電源線、電話等的通信線、與其它設(shè)備或外圍設(shè)備相互交換的通訊線路,至少有兩根導(dǎo)線,這兩根導(dǎo)線作為往返線路輸送電力或信號(hào)。但在這兩根導(dǎo)線之外通常還有第三導(dǎo)體,這就是“地線”。干擾電壓和電流分為兩種：一種是兩根導(dǎo)線分別做為往返線路傳輸;另一種是兩根導(dǎo)線做去路,地線做返回路傳輸。前者叫“差?！?后者叫“共?！薄Ｈ鐖D1所示,電源、信號(hào)源及其負(fù)載通過(guò)兩根導(dǎo)線連接。流過(guò)一邊導(dǎo)線的電流與另一邊導(dǎo)線的電流幅度相同,方向相反。但是干擾源并不一定連接在兩根導(dǎo)線之間。由于噪聲源有各種形態(tài),所以也有在兩根導(dǎo)線與地線之間的電壓。其結(jié)果是流過(guò)兩根導(dǎo)線的干擾電流幅度不同。圖

5、1 差模干擾請(qǐng)看圖2,在加在兩線之間的干擾電壓的驅(qū)動(dòng)下,兩根導(dǎo)線上有幅度相同但方向相反的電流（差模電流）。但如果同時(shí)在兩根導(dǎo)線與地線之間加上干擾電壓,兩根線就會(huì)流過(guò)幅度和方向都相同的電流,這些電流（共模）合在一起經(jīng)地線流向相反方向。我們來(lái)考察流過(guò)兩根導(dǎo)線的電流。一根導(dǎo)線上的差模干擾電流與共模干擾同向,因此相加;另一根導(dǎo)線上的差模噪聲與共模噪聲反向,因此相減。因此,流經(jīng)兩根導(dǎo)線的電流具有不同的幅度。我們?cè)賮?lái)考慮一下對(duì)地線的電壓。如圖2,對(duì)于差模電壓,一根導(dǎo)線上是（線間電壓）/2,而另一根導(dǎo)線上是 -（線間電壓）/2,因而是平衡的。但共模電壓兩根導(dǎo)線上相同。所以當(dāng)兩種模式同時(shí)存在時(shí),兩根導(dǎo)線對(duì)地線

6、的電壓也不同。圖2 對(duì)地電壓/電流與差模、共模電壓/電流之間的關(guān)系因此,當(dāng)兩根導(dǎo)線對(duì)地線電壓或電流不同時(shí),可通過(guò)下列方法求出兩種模式的成分：N =（1-2）/ 2 c=（1+2）/ 2N =（1-2）/ 2 c=（1+2）/ 2通過(guò)被連接的電路,兩根導(dǎo)線終端與地線之間存在著阻抗。這兩條線的阻抗一旦不平衡,在終端就會(huì)出現(xiàn)模式的相互轉(zhuǎn)換。即通過(guò)導(dǎo)線傳遞的一種模式在終端反射時(shí),其中一部分會(huì)變換成另一種模式。另外,通常兩根導(dǎo)線之間的間隔較小,導(dǎo)線與地線導(dǎo)體之間距離較大。所以若考慮從導(dǎo)線輻射的干擾,與差模電流產(chǎn)生的輻射相比,共模電流輻射的強(qiáng)度更大。與此相反,可以說(shuō)因外部電磁場(chǎng)干擾在導(dǎo)線上產(chǎn)生的干擾電壓/

7、電流,或附近的導(dǎo)線等產(chǎn)生的靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)等的耦合是一樣的。傳導(dǎo)噪聲與輻射噪聲的區(qū)別是什么？答：當(dāng)我們開(kāi)空調(diào)時(shí),室內(nèi)的熒光燈會(huì)出現(xiàn)瞬間變暗的現(xiàn)象,這是因?yàn)榇罅侩娏髁飨蚩照{(diào),電壓急速下降,利用同一電源的熒光燈受到影響。還有使用吸塵器時(shí)收音機(jī)會(huì)出現(xiàn)啪啦啪啦的雜音。原因是吸塵器的馬達(dá)產(chǎn)生的微弱（低強(qiáng)度高頻的）電壓/電流變化通過(guò)電源線傳遞進(jìn)入收音機(jī),以雜音的形式放了出來(lái)。這種由一個(gè)設(shè)備中產(chǎn)生的電壓/電流通過(guò)電源線、信號(hào)線傳導(dǎo)并影響其它設(shè)備時(shí),將這個(gè)電壓/電流的變化叫做“傳導(dǎo)干擾”。所以為對(duì)癥下藥,通常采用的方法是給發(fā)生源及被干擾設(shè)備的電源線等安裝濾波器,阻止傳導(dǎo)干擾的傳輸。另外,當(dāng)當(dāng)信號(hào)線上出現(xiàn)噪聲

8、時(shí),將信號(hào)線改為光纖,也可隔斷傳輸途徑。當(dāng)摩托車從附近道路通過(guò)時(shí),電視會(huì)出現(xiàn)雪花狀干擾。這是因?yàn)槟ν熊圏c(diǎn)火裝置的脈沖電流產(chǎn)生了電磁波,傳到空間再傳給附近的電視天線、電路上,產(chǎn)生了干擾電壓/電流。象這種通過(guò)空間傳播,并對(duì)其它設(shè)備電路產(chǎn)生無(wú)用電壓/電流,造成危害的干擾稱為“輻射干擾”。由于傳播途徑是空間,解決輻射干擾的方法除前面所講的濾波之外,還要對(duì)設(shè)備進(jìn)行屏蔽方能有效。如上所述,干擾的根源是電壓/電流產(chǎn)生不必要的變化,這種變化通過(guò)導(dǎo)線直接傳遞給其它設(shè)備,造成危害,這叫“傳導(dǎo)干擾”。另外,由于電壓電流變化而產(chǎn)生的電磁波通過(guò)空間傳播到其它設(shè)備中,在電路或?qū)Ь€上產(chǎn)生不必要的電壓/電流,并造成危害的干擾

9、叫“輻射干擾”。但是,實(shí)際上并不能這樣簡(jiǎn)單區(qū)分。例如：文字處理機(jī)或計(jì)算機(jī)等計(jì)算設(shè)備的干擾源,雖然是在設(shè)備內(nèi)部電路上流動(dòng)的數(shù)字信號(hào)的電壓/電流,但這些干擾以傳導(dǎo)干擾的方式通過(guò)電源線或信號(hào)線泄漏,直接傳遞給其他設(shè)備。同時(shí)這些導(dǎo)線產(chǎn)生的電磁波以輻射干擾的形式危及附近的設(shè)備。而且計(jì)算設(shè)備本身內(nèi)部電路也產(chǎn)生電磁波,以輻射干擾的形式危及其他設(shè)備。最后,就輻射干擾再做一些較詳細(xì)的說(shuō)明。根據(jù)天線原理,如果導(dǎo)線的長(zhǎng)度與波長(zhǎng)相等,則容易產(chǎn)生電磁波。例如：數(shù)米長(zhǎng)的電源線會(huì)產(chǎn)生VHF頻帶（30M-300MHz）的輻射干擾。在比此頻率低的頻帶內(nèi),因波長(zhǎng)較長(zhǎng),當(dāng)電源線中流過(guò)同樣的電流時(shí),不會(huì)輻射太強(qiáng)的電磁波。所以在30M

10、Zz以下的低頻帶主要是傳導(dǎo)干擾。但是,伴隨著傳導(dǎo)干擾會(huì)在電源線周圍產(chǎn)生干擾磁場(chǎng),給AM廣播等帶來(lái)干擾。另外,如前所述,由于在VHF寬帶內(nèi)電源線泄漏的干擾能轉(zhuǎn)變成電磁波擴(kuò)散到空間,因此輻射干擾成為比傳導(dǎo)干擾更主要的問(wèn)題。在比此更高的頻率上,比電源線尺寸更小的設(shè)備內(nèi)部電路會(huì)產(chǎn)生輻射干擾,危害其它設(shè)備。總而言之,當(dāng)設(shè)備和導(dǎo)線的長(zhǎng)度比波長(zhǎng)短時(shí),主要問(wèn)題是傳導(dǎo)干擾,當(dāng)它們的尺寸比波長(zhǎng)長(zhǎng)時(shí),主要問(wèn)題是輻射干擾。問(wèn)：為何要對(duì)電磁干擾發(fā)射加以規(guī)范？實(shí)際中真會(huì)出現(xiàn)危害嗎？答：無(wú)線電頻譜是人類共有的有限資源。為了有效利用這些資源、保護(hù)為開(kāi)展必要的無(wú)線電業(yè)務(wù)（如：廣播,移動(dòng)、固定、無(wú)繩電話,無(wú)線導(dǎo)航業(yè)務(wù)等）而使用的

11、無(wú)線電頻譜,必須限制無(wú)用的干擾波（如：電子望遠(yuǎn)鏡泄漏的基波及高次諧波,接收機(jī)本地振蕩器的輻射,信息技術(shù)設(shè)備泄漏的高頻信號(hào),冰箱、洗衣機(jī)、食品絞汁機(jī)、烤面包器等工作時(shí)輻射的無(wú)線電頻譜）的輻射。而且為了今后進(jìn)一步合理利用、開(kāi)展無(wú)線電業(yè)務(wù),必須確保頻率頻譜不被侵占。首先,要決定應(yīng)該保護(hù)的無(wú)線電業(yè)務(wù)電場(chǎng)強(qiáng)度水平及檢測(cè)干擾的臨界值,考慮干擾源和受擾設(shè)備位置關(guān)系（保護(hù)距離）等能夠容許的干擾強(qiáng)度。其次,應(yīng)以所有容許的干擾強(qiáng)度為基準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì),使即使有干擾波侵入也不發(fā)生誤動(dòng)作。因此,首先要保證無(wú)用的干擾波發(fā)射不要超過(guò)限制規(guī)定;其次必須預(yù)先掌握能夠容許的干擾波強(qiáng)度。當(dāng)然,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段就要非常關(guān)注能使用的頻率

12、頻譜。使用廣播接收機(jī)時(shí)事前就要考慮本地振蕩頻率,工業(yè)、科研及醫(yī)用無(wú)線頻譜設(shè)備事前都要確認(rèn)能使用的頻率頻譜。但對(duì)數(shù)字設(shè)備、馬達(dá)應(yīng)用設(shè)備及有開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的設(shè)備（烤面包機(jī)等使用恒溫器的設(shè)備）,由于其頻率頻譜帶寬,有可能進(jìn)入規(guī)定的頻譜中。所以主管電波管理的行政部門要制定限制對(duì)電磁發(fā)射的容許值。但其中重要的是在計(jì)算容許值時(shí),沒(méi)有考慮自家同時(shí)使用有可能成為干擾源的設(shè)備和受擾設(shè)備的情況。以不會(huì)給第三者帶來(lái)干擾為前提確定的容許值。為此,我們引進(jìn)了一個(gè)概念保護(hù)距離。即應(yīng)該知曉在某種條件下使用設(shè)備時(shí),仍可能會(huì)產(chǎn)生干擾。如前所述,在高度發(fā)達(dá)的信息社會(huì),為了保護(hù)廣義上的信息傳輸設(shè)備,為了有效利用所需的頻率頻譜,應(yīng)該盡可能

13、地限制無(wú)用的干擾波。問(wèn)：輻射干擾及傳導(dǎo)干擾的規(guī)定值是如何確定的？答：通過(guò)電源線傳導(dǎo)的“傳導(dǎo)干擾”和通過(guò)空間傳播的“輻射干擾”會(huì)影響其它設(shè)備,當(dāng)這些干擾較強(qiáng)時(shí),便被TV、收音機(jī)接收,成為干擾波。這里要研究的是多強(qiáng)的干擾可以不與理會(huì)。如表1、2所列,在FCC Part 15中規(guī)定了傳導(dǎo)干擾限值和非功能輻射器輻射出的電磁波的限值。順便說(shuō)一下,即使是符合FCC及VCCI的輻射干擾規(guī)定的設(shè)備,在其附近的地方放置收音機(jī)也能聽(tīng)到雜音。例如：將符合3m法規(guī)定的設(shè)備放在AM收音機(jī)附近,如30cm時(shí),由于20log（3/0.3）=20dB,因此輻射干擾增加20dB,收音機(jī)受到干擾的機(jī)會(huì)增大。舉例來(lái)說(shuō)：A級(jí)設(shè)備在8

14、0MHz頻率處,即使以80V/m的輻射強(qiáng)度合格,當(dāng)距離減小為30cm時(shí),其輻射強(qiáng)度便成為800V/m,是標(biāo)準(zhǔn)值100V/m的8倍（高出18.1dB ）。作為干擾足以被收音機(jī)接收到。再者,干擾電波具有一種特性,當(dāng)從發(fā)生源很近的地方附近移開(kāi)時(shí),先以距離三次方的速率衰減,稍遠(yuǎn)些時(shí),以距離的二次方速率衰減,最后隨距離線性衰減。相反,隨著距離的減小,當(dāng)靠近干擾源時(shí),干擾強(qiáng)度就會(huì)急劇增加。具有法律約束的“EMI標(biāo)準(zhǔn)”主要著眼點(diǎn)是抑制對(duì)分配的無(wú)線頻率產(chǎn)生干擾的RFI干擾。也就是說(shuō),要對(duì)廣播電視、飛機(jī)導(dǎo)航、緊急無(wú)線等國(guó)家認(rèn)可的“無(wú)線通訊”產(chǎn)生干擾的電波加以限制?？梢赃@樣解釋,受到干擾的“無(wú)線通訊”能夠忍受的最

15、大限值。即使?jié)M足了工作需要,因使用條件不同,仍存在著引起干擾的危險(xiǎn)性,因此可以理解是“限度值”。將此與以將國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容統(tǒng)一為目標(biāo)的CISPR相比較略有不同。CISPR是各國(guó)代表自由審議產(chǎn)生的。各國(guó)EMI標(biāo)準(zhǔn)反映了各自國(guó)家的具體情況,最終要由各國(guó)自己制定（德國(guó)、美國(guó)以法律形式,*的VCCI自行制定）。CISPR公布的內(nèi)容無(wú)法律約束力。雖說(shuō)如此,但最近各國(guó)仍在協(xié)商妥協(xié),這種傾向今后還會(huì)繼續(xù)下去電磁兼容的實(shí)例分析1 對(duì)電磁干擾源要有明確的認(rèn)識(shí) 例如，某探測(cè)設(shè)備在探測(cè)元件無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，其放大器輸出端的干擾信號(hào)峰值為50.8mV，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了該探測(cè)設(shè)備輸出端最小探測(cè)信號(hào)電壓峰峰值4.0mV的要求，致使整個(gè)

16、設(shè)備無(wú)法正常工作。 該臺(tái)探測(cè)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電源采用直流斬波式方波交流電源，驅(qū)動(dòng)螺線管電磁鐵往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由上可見(jiàn)，驅(qū)動(dòng)電源的負(fù)載為感性的電磁線圈。對(duì)感性的電磁線圈采用直流斬波式方波交流電源供電，在斬波時(shí)將產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾。因?yàn)楦行缘碾姶啪€圈中的電流變化必然產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電流變化越快，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。這種感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將會(huì)通過(guò)某種路徑傳導(dǎo)耦合到放大器的輸出級(jí)，而成為嚴(yán)重的電磁干擾。 該臺(tái)探測(cè)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電源采用線性純正弦波電源時(shí)，在探測(cè)元件無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，在放大器輸出端最大探測(cè)信號(hào)電壓峰峰值僅為4.4mV。而且有隨機(jī)性質(zhì)的噪聲電壓，其峰峰值最大為3.0mV。說(shuō)明原來(lái)干擾信號(hào)已被極大地消除。 從該項(xiàng)工作

17、中，使我們體會(huì)到電磁干擾的嚴(yán)重性，對(duì)電磁干擾的認(rèn)識(shí)僅停留在一般的水平上，廣泛地、全面地采取各種抗干擾措施也不一定見(jiàn)效，必須抓住主要矛盾。 再舉一例，某電子設(shè)備，當(dāng)打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)時(shí)，其測(cè)量顯示呈紊亂狀態(tài)。究其原因，正是在電源開(kāi)關(guān)時(shí)刻，電路由一種穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種穩(wěn)態(tài)的過(guò)渡過(guò)程中，所出現(xiàn)的過(guò)電壓、過(guò)電流所致。為此，采取一定容量和電壓的氧化鋅壓敏電阻并聯(lián)在電源上，便收到了較好的效果。這也說(shuō)明對(duì)電磁干擾源有明確認(rèn)識(shí)時(shí)，才能有的放矢地采取抗干擾措施，效果明顯。 2 對(duì)電磁干擾可能的傳播路徑要有清楚了解 在核聚變化學(xué)研究中，將巨大的微波能量耦合到等離子體中，以提高核聚變物理參數(shù)。為此，需要高能大功率發(fā)射系統(tǒng)。

18、其主電源脈沖電壓達(dá)20kV，最大脈沖寬度30ns，最高脈沖功率2400kW。該電源通過(guò)電感儲(chǔ)能，直流開(kāi)斷，脈沖整形等一系列環(huán)節(jié)，由微機(jī)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。 調(diào)試過(guò)程中，當(dāng)電壓達(dá)數(shù)kV時(shí)，系統(tǒng)便無(wú)法正常運(yùn)行。輕則控制程序出錯(cuò)，重則程序全部被沖掉，更嚴(yán)重時(shí)微機(jī)芯片被燒毀。由于對(duì)電磁干擾認(rèn)識(shí)膚淺，盲目地采取各種措施，如重新布線，改善接地，增加電磁屏蔽和隔離等等，忙了幾個(gè)月均不能根本解決問(wèn)題，挫折迫使我們冷靜下來(lái)。在進(jìn)行了科學(xué)分析后，認(rèn)定必須要對(duì)幅度高達(dá)數(shù)kV，前后沿很陡的這一電磁干擾源有清楚了解，并對(duì)其可能傳播的路徑采取加強(qiáng)隔離措施。在對(duì)光電隔離器采取雙重設(shè)計(jì)后，微機(jī)能穩(wěn)定、可靠地工作了。 再舉一例，在激光電源低功率調(diào)試中發(fā)現(xiàn)應(yīng)交替導(dǎo)通的兩個(gè)逆變開(kāi)關(guān)IGBT的觸發(fā)信號(hào)存在重疊現(xiàn)象，即有互相干擾。如果不消除這種干擾，可能發(fā)生主電路直通故障?；谝郧胺e累的對(duì)電磁干擾可能的傳播路徑要有明確認(rèn)識(shí)的工作經(jīng)驗(yàn)，我們從逆變開(kāi)關(guān)IGBT的觸發(fā)端倒推，一級(jí)一級(jí)地檢測(cè)出觸發(fā)信號(hào)，直到產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)的TL494集成電路的兩個(gè)輸出端，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)輸出端的引線距離很近，且平行布線很遠(yuǎn)。通過(guò)分析表明，這種情況容易產(chǎn)生電容性耦合干擾，干擾的強(qiáng)弱與工作頻率及兩條引線之間的分布電容量有關(guān)。當(dāng)我們將其中一條引線切斷，用一條拉開(kāi)很遠(yuǎn)距離的臨時(shí)導(dǎo)線代用后，兩個(gè)逆變開(kāi)關(guān)IGBT的觸發(fā)信號(hào)不再發(fā)生重疊現(xiàn)象了。 從該項(xiàng)工作中，使我們體會(huì)