电磁干扰(EMI)的存在方式和类型讲解

Lcom诺通 2023-12-12 08:28:16

在使用线缆传输时,一些特殊环境存在着明显的电磁干扰,需要在线缆材质上做出特殊处理,减少对信息传输的损害。电磁干扰(EMI)具体是什么?本文将对其存在方式和类型进行简要讲解。

电磁干扰(EMI),有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络。在高速PCB及系统设计中,高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源,能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。

一、电磁干扰的存在方式

关于电磁干扰复杂性的众多原因中的一个,即干扰可以以两种不同的模式(共模模式和差模模式)存在。

“共模”干扰是指存在于线(包括电源线、信号线在内)对大地之间的干扰,其中,对于电源线,则特指火线对大地,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。共模干扰有时也称为纵模干扰、不对扰干扰和接地干扰。这是载流导体与大地之间的干扰。

“差模”干扰是线与线之间(包括电源线之间,信号线和它的接地回线之间)的干扰。针对电源线,差模干扰则特指相线与中线之间的干扰;对三相电路来说,差模干扰还指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。

干扰存在的模式提示出了干扰源与耦合通路之间的关系。举例说共模干扰提示了干扰是由辐射或串扰形式耦合到电路里面的。如雷电、设备近处的电弧、附近的电台、其他大功率辐射装置在电源线上的干扰,也包括机箱内部线路或其他电缆对电源线的干扰。由于是来自空间的感应(电磁辐射、电感耦合和电容耦合),故对每一根线的作用是相同的。而差模干扰则提示出干扰是起源在同一电源线路之中(直接注入)。如同一线路中工作的电机、开关电源、可控硅等,它们在电源线上所产生的干扰就是差模干扰。

通常,线路上干扰电压的这两种分量是同时存在的,而且由于线路阻抗的不平衡,两种分量在传输中会互相转变。干扰在线路上经过长距离传输后,差模分量的衰减要比共模分量大,这是因为线间阻抗和线-地阻抗不同的缘故。另一方面,共模干扰的频率一般分布在1~2MHz以上,因此共模干扰在线路上传输的同时,还会向周围邻近空间辐射(这是因为线-地阻抗较大,加上共模干扰的频率比较高,故容易逸出传输线,形成空间感应)。电源线的辐射,特别是进入设备内部后的电源线辐射,可进一步耦合到信号电路去形成干扰,所以很难防范。而差模干扰的频率相对较低,不易形成辐射。再加上在一般线路中,在对付差模干扰时己经有了不少措施(例如在稳压电路中己经用了很大的电容;在印刷线路板上,电源线与地线之间也普遍使用了去耦电容),故由差模干扰引起设备误动作的机会相对少些。因此,设备的敏感度问题大部分是由共模干扰引起的。

在当前共模干扰是我们考虑的重点,这可以从常用的抗扰度试验内容来得到证实。其中静电试验、高频辐射电磁场试验、电快速瞬态脉冲群试验、线-地间的雷击浪涌试验和由射频场感应所引起的传导试验等等,对受试设副和线路来说,它们所感受到的都是共模干扰。

二、电磁干扰的类型

造成电磁干扰复杂性(特别电源线干扰的复杂性)的第二个原因是干扰表现的形式很多,可以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。

干扰的类型典型的原因电压跌落雷击;重载接通;电网电压底下失电恶劣的气候,变压器故障,其他原因的故降频率偏移发电机不稳定,区域性电网故障电气噪声雷达;无线电信号;电力公司和工业设备的飞弧;转化器和逆变器浪涌突然减轻负载;变压器的抽头不恰当谐波失真整流;开关负载;开关型电源;调速驱动瞬变干扰雷击;电源线负载设备的切换;功率因数补偿电容的切换;空载电动机的断开

不是所有的电磁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。而另外一些干扰,如轻微的过电压、谐波失真或频率偏移等通常是不会引起计算机化系统误动作的。

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