电磁兼容对策和设计（二） 提高产品抗扰度的方法   钱振宇

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2.1电源线的干扰问题 对于用计算机控制和数字逻操控制的设备，电磁干扰问题常 常归结为由高能量电磁场引起的射频干扰，静电干扰和电源 线干扰等。在不少情况下，电源线的干扰是设备制造厂所忽视的。但是 对当代用计算机、微处理机以及其他复杂的、由集成电路所 组成的设备来说，与电源干扰有关的干扰问题正日益严重， 因为这些设备是在低功耗和高速度情况下工作的，导致它们 对电源线的干扰特别敏感。

2.1.1 干扰的方式

 

电源干扰可以 “共模”或“差模”方式存在。

 

“共模”干扰是指电源火线对大地，或中线对大地之间的干扰。 对三相电路来说，共模干扰存在于任何一相与大地之间的干 扰。共模干扰也称为纵模干扰、不对称干扰和接地干扰。这 是载流导体与大地之间的干扰。

 

“差模”干扰是线与线之间的干扰，如电源相线与中线之间的 干扰；对三相电路来说，差模干扰还存在于相线与相线之间 的干扰。差模干扰有时也称为常模干扰、横模干扰或对称干 扰。这是载流导体之间的电位差。

2.1.2 对干扰方式的判断 针对一些来路不明的干扰，利用对干扰所提供的定义，采用 电流探头进行测试，可为确认干扰方式提供一种简便的方法： 探头（可用磁环担当。在磁环上再绕几匝线圈用作测量用， 测量线圈接到示波器的观察探头上）先分别套在每一根电源 线上，观察这些线路的干扰情况。然后将探头同时套在几根 电源线上，再观察线路上的干扰情况。如果在同时观察几根 线的干扰比起在一根线上的干扰是加强的，则此种干扰属共 模干扰；反之，则是差模的。

2.1.3 电源线上干扰的类型 造成电源干扰的复杂性的第二个原因是干扰表现的形式很多， 从持续期很短的尖峰干扰直至电网完全失电。其中也包括了 电压的变化（如电压跌落、浪涌和中断）、频率变化、波形 失真（包括电压和电流的）、持续噪声或杂波，以及瞬变等 等。 不是所有的干扰都会给电子设备带来麻烦，事实上只有两个 是非常重要的原因：持续期短的尖峰干扰和长时间的电压跌 落。尖峰干扰可以通过串扰或直接进入电源的方式耦合到系 统去，从而引起内部逻辑电路的伪触发。电压的跌落可以引 起存贮电路或其他易失数据的丢失。另一些干扰，例如轻微 的过电压、谐波失真或频率偏移等通常不会引起计算机化系 统的误动作。

2.1.4 干扰是如何进入设备的 干扰进入设备不外是通过电磁辐射、电感耦合、电容耦合和 直接进入等几条途径。 其中通过电磁辐射在设备里引入干扰是很普通的一种物理现 象。 另外，当一个磁场在靠近一根导线时就会有电磁耦合，在导 线上会感生出一个电动势，这就是变压器效应。因此当一个 外磁场在靠近计算机时，就可能在计算机中引入噪声干扰。 电容耦合是产生噪声干扰的又一个原因。当两个物体相互靠 近时，在两个物体之间存在的容抗就可以形成一条导电的通 路，从而影响到两者固有的导电情况。如果两者之间的电压 差达到相当高的程度，而且距离又很近时，甚至有可能在两 个物体之间产生放电，形成电压的瞬变。 噪声干扰直接进入用电设备，则是一种最常见的干扰进入方 式，无须作更多说明。 无论是哪种方式进入设备的干扰，只要它进入了系统，接下 去便能肆意在系统里传播开来了。噪声干扰对设备可能造成 的第一个影响是设备的工作状态出错。噪声干扰可能造成的 第二个直接影响是引起设备硬件损坏。

2.1.5 干扰对设备工作的影响 举出三组干扰对设备工作有影响的代表性数据，分别由IBM、 AT&T及美国海军作出：

 

⑴美国IBM公司的Allen和Segal在1974年对装在美国、加拿 大和墨西哥的49台计算机的故障作了统计和分析，认为造成 计算机故障中的电源起因，有49%是振荡瞬变，39.5%是脉 冲干扰，11%是电压跌落，另有0.5%是电源中断。

⑵美国AT&T公司的Goldstenin和Sperenza在1982年对通信 设备故障原因进行了分析，认为由电源造成的部分起因中， 有87%是电压跌落，7.5%是脉冲干扰，4.7%是电源失效， 另有0.8%是电压浪涌。

⑶美国海军的Thomas  Key汇总了海军系统十年内的计算机 事故，认为电压过低是造成计算机故障的首要原因。 以上三组数据的结论大相径庭，其差异可归结为统计对象的 不同。但从三组数据还是可以看出一些端倪，因电源问题造 成设备故障的主要原因有两个，分别是电压过低和电源中有 瞬变干扰（振荡瞬变和脉冲干扰）。

2.1.6 干扰的抑制技术 有各种各样的器件和设备能有效抑制电源线的干扰，它们中 有简单的、只须单个元件的瞬变干扰抑制器，到复杂的、自 动化的在线不间断电源（UPS）系统。全球每年有成百上千 万美元的业务在增长，以便解决这些问题。对这些产品的正 确选择和使用是很重要的，而不正确的应用方法则可能是电 源干扰最普通的起因。 此外，对共模和差模的两种干扰区分非常重要。不同的干扰 方式要用不同的方法才能得到解决。例如，我们不能期望用 在线路板的电源和地之间拚命增加去耦电容的容量来解决脉 冲群的干扰，这也就是我们不能用抑制差模干扰的方法来抑 制共模干扰的道理。

常用的电源干扰的抑制技术有：专用线路；瞬变干扰吸收 器件（能量转移方式：气体放电管、固体放电管；电压箝 位方式：压敏电阻、硅瞬变电压吸收二极管）； 滤波器 （电源线滤波器、铁氧体抗干扰磁芯）；隔离变压器（普 通的隔离变压器、带屏蔽层的隔离变压器、超级隔离变压 器）；电压调整器（交流电子稳压器，包括机械的、电子 的、铁磁共振的）；电源净化器多用途的（集干扰抑制、 滤波和稳压于一身）；       UPS / SPS系统   。本章重点讲述瞬 变干扰的吸收、电源线滤波和隔离变压器三个专题 。

2.2 专用线路 专用线路指只带一个负载的单独线路，是简单、价廉而高 度有效的措施。例如用一个单独变压器为设备供电。又如， 当一个专用线路在主进线表盘上工作得很好时，就不要把 它接到分支的进线表盘去，因为前者提供了最低的公共阻 抗。 如果设备所在地是采用三相供电的，那么可以采取分相供 电的办法，让产生干扰的设备和和对干扰敏感的设备分相 供电，这可有效地避免设备间的相互干扰，也有利于三相 电网的平衡。 最后，考虑到现今的电网中有许多非线性负载，经常产生 大量谐波电流。谐波电流在中线也是不能抵消的，要相互 迭加，造成中线过载。结果之一，可能造成中线过热；结 果之二，谐波电流在中线上的压降，对同一电网的其他设 备是个干扰。基于这两个原因，目前要求采用截面积较大 的导线来做中线（例如与相线有相同的截面积，甚至是相 线截面积的一倍。而不是传统布线中，中线载面积是相线 的一半）。

2.3 瞬变干扰吸收器件 瞬变干扰吸收器基本使用方法就是直接与被保护的设备并联， 对超过预定电压的情况进行限幅或能量转移。常用的器件有 气体放电管、金属氧化物压敏电阻、硅瞬变电压吸收二极管 和固体放电管，及其组合。 为了对不同品种或品牌的瞬变干扰吸收器进行比较，常取一 种或几种特殊形状的脉冲电压和电流波形进行考核。目前用 得较多的是 8/20 μs（前沿 8 μs，半峰持续时间 20 μs）、10/700μs（ 前 沿 1 0 μs， 半 峰 持 续 时 间 7 0 0 μs） 和 10/1000μs（前沿10μs，半峰持续时间1000μs）电流波考 核器件的电流吸收能力。前者体现在电源线上的感应雷，由 于电源线阻抗较低，因此感应的波形相对较窄；后两组波形 则见于通信行业对瞬变吸收器件要求，由于通信线路阻抗相 对较大，感应的波形也较宽。此外，还用1.2/50μs（前沿1.2μs，半峰持续时间50μs） 电压波来考核器件的响应速度。 用1.2/50μs和8/20μs的综合波（同时在发生器内产生两种 波形。发生器输出开路得到电压波；发生器输出短路得到 电流波。发生器内阻用开路输出电压与短路输出电流之比 表示，规定为2Ω）考核器件的抑制特性。 关于峰值电流下的器件残余电压。与器件标称电压经常是 不相等的，前者要大于后者。很显然，两者之比越接近于“1”，则说明器件的限制能力越好。

              谢谢大家，下期我将续载！

 

 

chenchen

钱老,在EMC方面很有研究的, 尤其是EMS仪器方面很有专攻!