6.2電磁干擾與防護(hù)

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(jì)80年代至今已制定了上百個電磁兼容的國家標(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)境的其它設(shè)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(dǎo)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(dǎo)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(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引起的干擾 強(qiáng)電干擾（信號通道干擾）：來自信號通道內(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（通過場的干擾）： 輻射干擾：來自空間的電磁干擾,2020/8/2,5,電吹風(fēng)機(jī)干擾電視機(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(jī)的天線接收。應(yīng)設(shè)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(dāng)于一個吸收各種干擾的網(wǎng)絡(luò), 而且十分方便地以電路傳導(dǎo)的形式傳遍各處，經(jīng)檢測裝置的電源線進(jìn)入儀器內(nèi)部造成干擾。,2020/8/2,7,由電焊引起的干擾,電焊機(jī)電纜產(chǎn)生強(qiáng)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(shù),抗電磁干擾技術(shù)有時又稱為電磁兼容控制技術(shù)。 針對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)。,2020/8/2,9,四 常見的電磁兼容控制技術(shù),屏蔽技術(shù)：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(shù)：阻斷干擾信號傳導(dǎo)通路，并抑制干擾信號 強(qiáng)度 濾波技術(shù)：根據(jù)頻率選擇性地抑制干擾信號 接地技術(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,2020/8/2,10,一）屏蔽技術(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(dǎo)電性良好的金屬為材料制作成封閉的金屬容器，把需要屏蔽的電路置于其

5、中，使外部干擾電場的電力場不影響其內(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(diào)試孔），它對屏蔽的影響不大。,2020/8/2,12,各種靜電屏蔽,儀器設(shè)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(guān)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(diào)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(wǎng)（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(chǎn)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(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耦合干擾的影響。有時還將屏蔽線穿在接地的鐵質(zhì)蛇皮管或普通鐵管內(nèi)，同時達(dá)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(dǎo)磁材料（例如：鐵質(zhì)機(jī)殼）作屏蔽層。如果將外殼接地，則同時達(dá)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(dǎo)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(hù)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(chǎn)生的高頻磁場遇到導(dǎo)電良好的電磁屏蔽層時，就在其外表面感應(yīng)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(chǎn)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(nèi)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(guān)。 1）f 1MHz時，用0.05mm厚的金屬制成的屏蔽體可將場強(qiáng)度減為原場強(qiáng)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(qiáng)度減為原場強(qiáng)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(dǎo)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(dǎo)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(shù),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(shí)現(xiàn)強(qiáng)、弱電器件間的隔離，驅(qū)動大功 率設(shè)備。但有觸點(diǎn)，通斷時會產(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觸點(diǎn)開關(guān)。,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(jīng)兩只限流電阻R1、R2跨接到三相電源電路中。 請分析當(dāng)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(shù),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(gòu)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(shù)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(dāng)信號源為熱電偶、應(yīng)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(wǎng)絡(luò)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(nèi)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(dǎo)進(jìn)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(cè)、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。,2020/8

12、/2,30,開關(guān)電源內(nèi)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(dāng)50Hz電流流經(jīng)共模電感時，由于進(jìn)線與出線產(chǎn)生的磁場方向相反，相互抵消，不會產(chǎn)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(dāng)50Hz電流流經(jīng)共模電感時，由于進(jìn)線與出線產(chǎn)生的磁場方向相反，相互抵消，不會產(chǎn)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(nèi)阻造成幾個電路間互相干擾，應(yīng)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(dú)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(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； 屏蔽層接地。,2020/8/2,36,1.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“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(guān)系,人在工頻電場中工作時，身體可能感應(yīng)出幾十伏以上的電壓；當(dāng)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(jì)算機(jī)等電子技術(shù)來說，“地線”多是指電信號的基準(zhǔn)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(shè)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?yàn)槟M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(yīng)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(chǎn)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(yīng)分別設(shè)置，再匯集于所選擇的一點(diǎn)。,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(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場，而測量裝置設(shè)在離現(xiàn)場一定距離的控制室內(nèi)，從測量裝置的角度看，可以認(rèn)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(jìn)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(fù)載（功率）地線 (Load Grounded Wire),是大電流功

17、率驅(qū)動電路的零電位。負(fù)載的電流一般都比前級信號電流大得多，負(fù)載地線上的電流有可能干擾前級微弱的信號，因此負(fù)載地線必須與其他信號地線分開。,2020/8/2,46,2) .單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地,串聯(lián)式單點(diǎn)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(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)生級與級之間的相互干擾。,2020/8/2,47,2) 單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地,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，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(shè)計(jì)多級電路的地線應(yīng)注意以下兩個原則：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。,2020/8/2,48,多級電路的單點(diǎn)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(diǎn)接地和多點(diǎn)接地,多點(diǎn)接地 當(dāng)信號頻率較高時，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導(dǎo)帶組成的柵格網(wǎng)絡(luò)或整塊金屬板。 因?yàn)榻拥孛娣e很大，內(nèi)阻很低，事實(shí)上相當(dāng)于一