電磁干擾與防護(hù)

1、2022/8/31 6.2電磁干擾和抗干擾措施(cush)一、電磁兼容（EMC）概念 我國(guó)從世紀(jì)80年代至今已制定了上百個(gè)電磁兼容的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)制要求多數(shù)電氣設(shè)備必須通過相關(guān)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的性能測(cè)試，否則為不合格產(chǎn)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(qt)設(shè)備釋放超過允許范圍的電磁干擾 。 共五十三頁(yè)2022/8/32二、電磁干擾的來源(liyun) 電磁干擾源分類： 自然界干擾源和人為干擾源 有意干擾(gnro)和無(wú)意干擾(gnro) 傳導(dǎo)型干擾和輻射型干擾 共五十三頁(yè)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：

2、積極、主動(dòng)的措施是消除干擾源。（2）切斷干擾途徑：提高絕緣性能、采用隔離、濾波電路、靜電屏蔽、磁屏蔽、電磁(dinc)屏蔽等。（3）削弱接受回路對(duì)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(tjng)傳導(dǎo)型干擾（路）、輻射型干擾（場(chǎng)）（3）對(duì)電磁干擾敏感性較高的接收電路共五十三頁(yè)2022/8/34干擾(gnro)途徑傳導(dǎo)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(dòng)引起的干擾 強(qiáng)電干擾（信號(hào)通道(tngdo)干擾）：來自信號(hào)通道內(nèi)部的各種干擾 接地干擾：由于接地不當(dāng)引起的干擾輻射型（通過場(chǎng)的干擾）： 輻射干擾：來自空間的電磁干擾 共五

3、十三頁(yè)2022/8/35電吹風(fēng)機(jī)干擾(gnro)電視機(jī)的演示 電吹風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的電磁波干擾以兩種途徑到達(dá)電視機(jī)：一是通過(tnggu)共用的電源插座，二是以空間電磁場(chǎng)傳輸?shù)姆绞接呻娨暀C(jī)的天線接收。應(yīng)設(shè)法切斷這些干擾途徑。 共五十三頁(yè)2022/8/36由電源(dinyun)配電回路引入的干擾 交流供配電線路在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的分布相當(dāng)于一個(gè)吸收各種干擾的網(wǎng)絡(luò), 而且十分方便地以電路傳導(dǎo)的形式(xngsh)傳遍各處，經(jīng)檢測(cè)裝置的電源線進(jìn)入儀器內(nèi)部造成干擾。共五十三頁(yè)2022/8/37由電焊(dinhn)引起的干擾 電焊機(jī)電纜(dinln)產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)干擾磁場(chǎng)交鏈信號(hào)線共五十三頁(yè)2022/8/38四 幾種(j z

4、hn)電磁兼容控制技術(shù) 抗電磁干擾技術(shù)有時(shí)又稱為(chn wi)電磁兼容控制技術(shù)。 針對(duì)破壞干擾途徑的目標(biāo)，常用的抗干擾技術(shù)有屏蔽、隔離、濾波、接地等技術(shù)。 共五十三頁(yè)2022/8/39四 常見(chn jin)的電磁兼容控制技術(shù) 屏蔽技術(shù)：可抑制電磁干擾在空間的傳播，并切斷輻射 干擾的傳播途徑隔離技術(shù)：阻斷干擾信號(hào)傳導(dǎo)通路，并抑制干擾信號(hào) 強(qiáng)度濾波技術(shù)：根據(jù)頻率選擇性地抑制干擾信號(hào)接地技術(shù)：保護(hù)人身和設(shè)備安全；提供參考(cnko)零電位； 阻隔地環(huán)路 共五十三頁(yè)2022/8/310一）屏蔽(pngb)技術(shù) 利用金屬材料制成容器，將需要防護(hù)的電路包圍在其中，可以防止電場(chǎng)或磁場(chǎng)耦合干擾的方法稱為

5、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)(gnj)不同的對(duì)象，使用不同的屏蔽方式。 未加屏蔽罩時(shí)，中頻變壓器線圈易受外界干擾。加屏蔽罩后的中頻變壓器共五十三頁(yè)2022/8/3111.靜電屏蔽(jn din pn b) 靜電屏蔽是用銅或鋁等導(dǎo)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(pngb)的電路置于其中，使外部干擾電場(chǎng)的電力場(chǎng)不影響其內(nèi)部的電路，反之，若封閉的金屬容器與地線連接，容器內(nèi)電路產(chǎn)生的電力線也無(wú)法影響外電路。 不僅能防止靜電干擾，也能防止交變電場(chǎng)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(diào)試孔），它對(duì)屏蔽的影響不大。 共五十三頁(yè)2022/

6、8/312各種( zhn)靜電屏蔽 儀器設(shè)備的屏蔽外殼(wi k)必須接地帶孔屏蔽板共五十三頁(yè)2022/8/313各種( zhn)靜電屏蔽 開關(guān)電源采用(ciyng)帶孔的屏蔽外殼，既可散熱，又可防止電磁干擾外泄共五十三頁(yè)2022/8/314各種( zhn)靜電屏蔽（續(xù)） 帶調(diào)試(dio sh)孔的屏蔽盒共五十三頁(yè)2022/8/315屏蔽線 三絞扭屏蔽線銅芯4對(duì)雙絞扭屏蔽(pngb)線（屏蔽(pngb)層接地）聚氟乙烯絕緣層銅線(tn xin)編織網(wǎng)（接地）共五十三頁(yè)2022/8/3162.低頻(dpn)磁屏蔽 低頻磁屏蔽是用來隔離低頻（主要指50Hz）磁場(chǎng)和固定磁場(chǎng)（也稱靜磁場(chǎng)，其幅度(fd

7、)、方向不隨時(shí)間變化，如永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)）耦合干擾的有效措施。 靜電屏蔽線或靜電屏蔽盒對(duì)低頻磁場(chǎng)不起隔離作用。必須采用高導(dǎo)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(nèi)部的電路免受低頻磁場(chǎng)耦合干擾的影響。有時(shí)還將屏蔽線穿在接地的鐵質(zhì)蛇皮管或普通鐵管內(nèi)，同時(shí)達(dá)到靜電屏蔽和低頻屏蔽的目的。 共五十三頁(yè)2022/8/317低頻磁屏蔽(pngb)舉例 多數(shù)儀器的外殼采用導(dǎo)磁材料（例如：鐵質(zhì)機(jī)殼）作屏蔽層。如果將外殼接地(jid)，則同時(shí)達(dá)到靜電屏蔽和低頻磁屏蔽的目的。 共五十三頁(yè)2022/8/3183.高頻(o pn)磁屏蔽 高頻磁屏蔽是采用導(dǎo)電良好的金屬材料做成

8、屏蔽罩、屏蔽盒等不同的外形，將被保護(hù)的電路包圍在其中。它屏蔽的干擾對(duì)象是高頻（40kHz以上）磁場(chǎng)。 干擾源產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)遇到導(dǎo)電良好的電磁屏蔽層時(shí)，就在其外表面感應(yīng)出同頻率的電渦流，從而消耗(xioho)了高頻干擾源磁場(chǎng)的能量。其次，電渦流也將產(chǎn)生一個(gè)新的磁場(chǎng)，抵消了一部分干擾磁場(chǎng)的能量，從而使電磁屏蔽層內(nèi)部的電路免受高頻干擾磁場(chǎng)的影響。 鍍銅電磁屏蔽盒共五十三頁(yè)2022/8/3193.高頻(o pn)磁屏蔽 高頻磁屏蔽層所需的厚度與干擾頻率有關(guān)。1）f 1MHz時(shí)，用0.05mm厚的金屬制成的屏蔽體可將場(chǎng)強(qiáng)度減為原場(chǎng)強(qiáng)的1/100左右2） f 10MHz時(shí)，用0.01mm厚的金屬制成的屏蔽

9、體可將場(chǎng)強(qiáng)度減為原場(chǎng)強(qiáng)的1/100甚至更低3） f 100MHz時(shí)，可在塑料(slio)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(shí)具有靜電屏蔽的功能，也常成為電磁屏蔽。共五十三頁(yè)2022/8/320軍用屏蔽(pngb)帳篷幾種用導(dǎo)電纖維材料編織(binzh)而成的軍用電磁屏蔽器材 軍用 電子方艙屏蔽通信車共五十三頁(yè)2022/8/321屏蔽(pngb)室 導(dǎo)電(dodin)PVC地板 用于防靜電及 底部屏蔽干擾信號(hào)無(wú)法穿透鋼板屏蔽室共五十三頁(yè)2022/8/322二） 隔離(gl)技術(shù) 變壓器隔離：采用隔離變壓器，隔離低頻干擾信號(hào) （只能傳輸交流信號(hào)）扼流圈隔離：抑制高頻干擾

10、（可傳輸交、直流信號(hào)）光電耦合隔離：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?？筛綦x兩電路單元間 的干擾信號(hào)。繼電器隔離：實(shí)現(xiàn)強(qiáng)、弱電器件間的隔離，驅(qū)動(dòng)(q dn)大功 率設(shè)備。但有觸點(diǎn)，通斷時(shí)會(huì)產(chǎn)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(diǎn) 開關(guān)，實(shí)質(zhì)上是一種帶光電隔離器的無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)。 共五十三頁(yè)2022/8/323光耦的隔離、傳輸作用(zuyng)舉例 下圖是用光耦傳遞信號(hào)并將輸入回路(hul)與輸出回路(hul)隔離的電路。光耦的紅外發(fā)光二極管經(jīng)兩只限流電阻R1、R2跨接到三相電源電路中。 請(qǐng)分析當(dāng)交流接觸器未吸合時(shí)和

11、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V1的狀態(tài)，以及Ue、o的電平。 共五十三頁(yè)2022/8/324三） 濾波(lb)技術(shù) 按濾波器頻率特性分類： 高通、低通、帶通、帶阻按濾波器對(duì)干擾信號(hào)的處理方式(fngsh)分類： 反射式、吸收（損耗式）按濾波器構(gòu)成形式： 硬件濾波器、軟件濾波器 對(duì)與有用信號(hào)頻率相近的干擾信號(hào)，能否采用濾波技術(shù)消除干擾？共五十三頁(yè)2022/8/325 濾波器是抑制交流差模干擾(gnro)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(dāng)信號(hào)源為熱電偶、應(yīng)變片等信號(hào)變化緩慢(hunmn)的傳感器時(shí)，利用小體積、低成本的

12、無(wú)源RC低通濾波器將對(duì)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(hào) d）頻率特性 共五十三頁(yè)2022/8/3262.交流電源濾波器 電源(dinyun)網(wǎng)絡(luò)吸收了各種高、低頻噪聲，對(duì)此常用LC濾波器來抑制混入電源的噪聲。 共五十三頁(yè)2022/8/327交流電源濾波器外形(wi xn) 共五十三頁(yè)2022/8/328交流電源濾波器外形(wi xn)帶交流電源 濾波器的插座(chzu)共五十三頁(yè)2022/8/329交流電源濾波器的內(nèi)部(nib)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(dǎo)進(jìn)來的中短波段的高頻噪

13、聲干擾；圖中兩只對(duì)稱的5mH電感是由繞在同一只鐵心兩側(cè)(lin c)、匝數(shù)相等的電感繞組構(gòu)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(chǎn)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。共五十三頁(yè)2022/8/330開關(guān)電源內(nèi)部(nib)的電源濾波器及共模電感 共五十三頁(yè)2022/8/331電源(dinyun)濾波器中的共模電感 當(dāng)50Hz電流流經(jīng)共模電感時(shí)，由于進(jìn)線與出線產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反，相互抵消，不會(huì)(b hu)產(chǎn)生壓降，但共模電感對(duì)共模干擾卻有較大的感抗。三相共模電感 共五十三頁(yè)2022/8/332電源濾波器中的共模(n m)電感 當(dāng)50Hz電流流經(jīng)共模電感

14、時(shí)，由于進(jìn)線與出線產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反，相互抵消，不會(huì)產(chǎn)生壓降，但共模電感對(duì)共模干擾卻有較大(jio d)的感抗。 共五十三頁(yè)2022/8/333交流電源濾波器的使用(shyng)效果使用電源(dinyun)濾波器前觀察到的干擾使用電源濾波器后干擾消失共五十三頁(yè)2022/8/334對(duì)直流電源：直流電源濾波器 直流電源往往為幾個(gè)電路所共用，為了避免通過電源內(nèi)阻造成幾個(gè)電路間互相干擾，應(yīng)在每個(gè)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(gè)0.010.1F的磁介電容(dinrng)或獨(dú)石電容(dinrng)，用來濾除高頻噪聲。FB是磁珠濾波器。 共五十

15、三頁(yè)2022/8/335四）接地(jid)技術(shù)：保護(hù)人身和設(shè)備安全；提供參考零電位；阻隔地環(huán)路(hun l)；屏蔽層接地。共五十三頁(yè)2022/8/336 1.保安地線 接地起源于強(qiáng)電技術(shù)，它的本意是接大地，主要著眼于安全。這種地線也稱為(chn wi)“保安地線” 。它的接地電阻值必須小于規(guī)定的數(shù)值。 地線(dxin)的種類共五十三頁(yè)2022/8/337四種觸電(ch din)情況 共五十三頁(yè)2022/8/338保安(bo n)地線 電烙鐵的外殼必須良好(lingho)地接大地，以保證人身安全以及焊接對(duì)象不致被靜電擊穿。共五十三頁(yè)2022/8/339接大地(dd)與防靜電的關(guān)系 人在工頻電場(chǎng)中

16、工作時(shí)，身體可能(knng)感應(yīng)出幾十伏以上的電壓；當(dāng)人在地板上行走時(shí)，也可能(knng)因摩擦而帶上幾百伏以上的靜電。因此在焊接集成電路時(shí)，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。防靜電手腕帶共五十三頁(yè)2022/8/340防靜電手腕帶的使用(shyng)接地(jid)共五十三頁(yè)2022/8/3412.信號(hào)(xnho)地線對(duì)于儀器、通訊、計(jì)算機(jī)等電子技術(shù)來說，“地線”多是指電信號(hào)的基準(zhǔn)電位，也稱為(chn wi)“公共參考端”，它除了作為各級(jí)電路的電流通道之外，還是保證電路工作穩(wěn)定、抑制干擾的重要環(huán)節(jié)。它可以接大地，也可以

17、與大地隔絕。常將儀器設(shè)備中的公共參考端稱為信號(hào)地線。共五十三頁(yè)2022/8/342信號(hào)(xnho)地線分類 模擬信號(hào)地線(Grounded Wire of Analog Signal) 模擬信號(hào)地線是模擬信號(hào)的零信號(hào)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?yàn)槟M信號(hào)電壓(diny)多數(shù)情況下均較弱、易受干擾，易形成級(jí)間不希望的反饋，所以模擬信號(hào)地線的橫截面積應(yīng)盡量大些。 共五十三頁(yè)2022/8/343數(shù)字信號(hào)地線 (Grounded Wire of Digital Signal) 數(shù)字信號(hào)地線是數(shù)字信號(hào)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(hào)處于脈

18、沖工作狀態(tài)，動(dòng)態(tài)脈沖電流在接地阻抗上產(chǎn)生的壓降往往成為微弱(wiru)模擬信號(hào)的干擾源，為了避免數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬信號(hào)的干擾，兩者的地線應(yīng)分別設(shè)置，再匯集于所選擇的一點(diǎn)。 共五十三頁(yè)2022/8/344信號(hào)源地線 (Grounded Wire of Signal Source) 傳感器可看作是測(cè)量裝置的信號(hào)源，多數(shù)情況下信號(hào)較為微弱，通常傳感器安裝在生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)，而測(cè)量裝置設(shè)在離現(xiàn)場(chǎng)一定距離的控制室內(nèi)，從測(cè)量裝置的角度看，可以(ky)認(rèn)為傳感器的公共參考端就是信號(hào)源地線，它必須與測(cè)量裝置進(jìn)行正確的連接才能提高整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾能力。 共五十三頁(yè)2022/8/345負(fù)載(fzi)（功率）地線 (L

19、oad Grounded Wire) 是大電流功率(gngl)驅(qū)動(dòng)電路的零電位。負(fù)載的電流一般都比前級(jí)信號(hào)電流大得多，負(fù)載地線上的電流有可能干擾前級(jí)微弱的信號(hào)，因此負(fù)載地線必須與其他信號(hào)地線分開。共五十三頁(yè)2022/8/3462) .單點(diǎn)接地(jid)和多點(diǎn)接地(jid) 串聯(lián)式單點(diǎn)接地 若將多級(jí)電路的地線逐級(jí)串聯(lián)(chunlin)，在最后一段地線上將存在一定的對(duì)地電位差，有可能產(chǎn)生共阻抗耦合干擾，應(yīng)采取并聯(lián)接地方式，才不易產(chǎn)生級(jí)與級(jí)之間的相互干擾。負(fù)載電流干擾壓降共五十三頁(yè)2022/8/3472) 單點(diǎn)接地(jid)和多點(diǎn)接地(jid) 并聯(lián)式單點(diǎn)接地并聯(lián)單點(diǎn)接地方式不易產(chǎn)生共阻抗耦合干擾，

20、但需要多根地線，在低頻時(shí)效果較好，但在高頻時(shí)反而會(huì)引起各地線間的互感耦合干擾，因此只在頻率為1 MHz以下(yxi)時(shí)予以采用。設(shè)計(jì)多級(jí)電路的地線應(yīng)注意以下兩個(gè)原則：一是公用地線截面積應(yīng)盡量大些，以減小地線的內(nèi)阻，二是應(yīng)把電流最大的電路放在距電源的接地點(diǎn)最近的地方。共五十三頁(yè)2022/8/348多級(jí)電路(dinl)的單點(diǎn)接地原則的改錯(cuò)請(qǐng)指出下圖的電源接地(jid)錯(cuò)誤監(jiān)控電路電源盒第二級(jí)放大器第一級(jí)放大器地線1地線3+12V地線2共五十三頁(yè)2022/8/3492）單點(diǎn)接地(jid)和多點(diǎn)接地(jid) 多點(diǎn)接地 當(dāng)信號(hào)頻率較高時(shí)，應(yīng)采取“多點(diǎn)接地”，即各單元電路分別連至最近的地線上。多點(diǎn)接地的地線一般采用金屬(jnsh)導(dǎo)帶組成的柵格網(wǎng)絡(luò)或整塊金屬(jnsh)板。 因?yàn)榻?/p>