您當前的位置：檢測資訊 > 科研開發(fā)
嘉峪檢測網(wǎng) 2024-05-07 08:49
一、近場與遠場的區(qū)別
騷擾通過空間傳輸實質上是騷擾源的電磁能量以場的形式向四周空間傳播。場可分為近場和遠場。
近場又稱感應場。近場的性質與騷擾源的性質密切相關。
1、如果騷擾源是高電壓，小電流的源，則近場只要是電場。如下圖所示偶極子天線模型，天線兩極間有一定電壓但電流較小，主要是空間的位移電流。則在偶極子天線附近，電場大于磁場。
實際中，進出EUT的電纜與參考大地之間就形成一個偶極子天線，只不過兩根天線的夾角不是上圖的180°，而是0°。即進出EUT的電纜與參考大地平行，兩者之間的寄生電容上會有共模的位移電流。
2、如果騷擾源是低電壓大電流的源，則近場主要是磁場。如下圖所示的環(huán)形天線模型。則天線周圍的磁場大于電場。
實際中，PCB走線的環(huán)路，進出EUT的電纜正負極之間的差模電流回路，都是環(huán)形天線，都會向外輻射信號，同時也容易接收其它設備發(fā)出的干擾信號。
3、我們常用波阻抗來描述電場和磁場的關系
Z0 = E / H
則，對于上面所說的偶極子天線，其E大于H，則Z0較大，所以電場源又稱高阻抗場源；對于上面所說的環(huán)形天線，其H大于E，則Z0較小，所以磁場源又稱低阻抗場源。
4、無論場源是電場源還是磁場源，當離場源的距離大于λ/2π以后，都變成了遠場，又稱輻射場。這時電場和磁場方向垂直并且都和傳播方向垂直，稱為平面波。
這時電場和磁場比值為固定值，波阻抗Z0 = 120*π 為377Ω，電場和磁場都以 1/r (r為距離) 的速率隨距離減小。
5、遠場是平面波，比較容易分析和測量，只需測量電場就能算出磁場。近場比較復雜，電場和磁場不易互相轉換，需要分別測量。同時由于近場場強的強度隨距離的變化強烈，所以，位置的微小變化都會引起較大的測量誤差。
6、對于距離較遠的系統(tǒng)間的電磁兼容問題，一般都用遠場來分析。對于系統(tǒng)內，特別是同一設備內的問題，基本上都是近場耦合問題。
二、波長
電磁波在空氣中的傳播速度接近光速。
波長λ = C / f = 3x10^8 / f (頻率f單位Hz)
如，f=10MHz，λ=30米
近場遠場分界線 r =λ/2*3.14=4.77米。
即頻率為10MHz的電磁波發(fā)射源，在離發(fā)射源大于4.77米時，為遠場，小于4.77米時，為近場。
三、米法
當評估產品產生的輻射發(fā)射時，測量天線主要測量1m或3m或10m處的輻射信號。這也是我們常說的1米法、3米法、10米法。
對于騷擾信號頻率的升高，天線所在位置對越高頻的騷擾來說就越接近遠場。
四、位置
EUT內部，比如濾波器中的元件之間也會產生近場耦合效應，從而降低濾波器的濾波效果。比如兩級共模濾波的電感之間，距離較近，則兩個電感之間就會產生電場和磁場的耦合。
以共模電感為例，其周圍的電磁場泄露見下圖，可見要避免在其上下兩繞組開口處放置敏感器件，此兩處漏磁場密度最高，強度最大。
在進行EMI濾波器的元器件布置時，也要考慮漏磁場，漏電場的影響。
五、開關電源中的電場與磁場
1、上圖可看出開關電源輸入/輸出電纜對地產生的共模電流會產生磁場，即電纜可看成一根天線。
2、開關電源內部的高DV/DT的點，也會通過對殼寄生電容產生位移電流，類似偶極子天線。
3、開關電源內部的高DI/DT環(huán)路，可看出環(huán)形天線。
作為工作于開關狀態(tài)的能量轉換裝置，開關電源的電壓、電流變化率很高，產生的干擾強度較大；干擾源主要集中在功率開關期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器；開關頻率不高(從幾十kHz和數(shù)mHz)，主要的干擾形式是傳導干擾和近場干擾。
而印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布線，具有更大的隨意性，這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場干擾估計的難度。
a. 1MHz 以內以差模干擾為主，增大X電容就可解決。
b. 1MHz～5MHz 差模共模混合，采用輸入端并一系列X電容來濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標并解決。
c. 5MHz～10MHz 以共摸干擾為主，采用抑制共摸的方法。
d. 10MHz～25MHz 對于外殼接地的，在地線上用一個磁環(huán)繞2圈會對10MHz以上干擾有較大的衰減。
e. 25～30MHz 可以采用加大對地Y電容、在變壓器外面包銅皮、改變 PCB的LAYOUT、輸出線前面接一個雙線并繞的小磁環(huán)，最少繞10圈，在輸出整流管兩端并RC濾波器。
f. 30MHz～50MHz 普遍是MOS管高速開通關斷引起，可以用增大MOS驅動電阻，RCD緩沖電路采用1N4007 慢管，VCC供電電壓用1N4007慢管來解決。
g. 100～200MHz 普遍是輸出整流管反向恢復電流引起，可以在整流管上串磁珠。100MHz～200MHz 大部分出于PFC MOSFET及PFC二極管，現(xiàn)在MOSFET及PFC二極管串磁珠有效果，水平方向基本可以解決問題，但垂直方向就很難解決了。
開關電源的輻射一般只會影響到100MHz以下的頻段。也可以在MOS二極管上加相應吸收回路，但效率會有所降低。
設計開關電源時防止EMI的措施：
1. 把噪音電路節(jié)點的PCB銅箔面積最大限度地減??；如開關管的漏極、集電極、初次級繞組的節(jié)點等。
2. 使輸入和輸出端遠離噪音元件，如變壓器線包、變壓器磁芯、開關管的散熱片等。
3. 使噪音元件(如未遮蔽的變壓器線包、未遮蔽的變壓器磁芯、開關管等)遠離外殼邊緣，因為在正常操作下外殼邊緣很可能靠近外面的接地線。
4. 如果變壓器沒有使用電場屏蔽，要保持屏蔽體和散熱片遠離變壓器。
5. 盡量減小以下電流環(huán)的面積：次級(輸出)整流器、初級開關功率器件、柵極(基極)驅動線路、輔助整流器等。
6. 不要將門極(基極)的驅動返饋環(huán)路和初級開關電路或輔助整流電路混在一起。
7. 調整優(yōu)化阻尼電阻值，使它在開關的死區(qū)時間里不產生振鈴響聲。
8. 防止EMI濾波電感飽和。
9. 使拐彎節(jié)點和次級電路的元件遠離初級電路的屏蔽體或者開關管的散熱片。
10. 保持初級電路的擺動的節(jié)點和元件本體遠離屏蔽或者散熱片。
11. 使高頻輸入的 EMI 濾波器靠近輸入電纜或者連接器端。
12. 保持高頻輸出的 EMI 濾波器靠近輸出電線端子。
13. 使EMI濾波器對面的PCB板的銅箔和元件本體之間保持一定距離。
14. 在輔助線圈的整流器的線路上放一些電阻。
15. 在磁棒線圈上并聯(lián)阻尼電阻。
16. 在輸出RF濾波器兩端并聯(lián)阻尼電阻。
17. 在PCB設計時允許放1nF/500V陶瓷電容器或者還可以是一串電阻，跨接在變壓器的初級的靜端和輔助繞組之間。
18. 保持EMI濾波器遠離功率變壓器，尤其是避免定位在繞包的端部。
19. 在PCB面積足夠的情況下，可在PCB上留下放屏蔽繞組用的腳位和放RC阻尼器的位置，RC阻尼器可跨接在屏蔽繞組兩端。
20. 空間允許的話在開關功率場效應管的漏極和門極之間放一個小徑向引線電容器(米勒電容，10皮法/1千伏電容)。
21. 空間允許的話放一個小的RC阻尼器在直流輸出端。
22. 不要把AC插座與初級開關管的散熱片靠在一起。
參考文獻：
1、和軍平，陳為《電源線EMI濾波器內部雜散電磁耦合及其作用》
2、陳開寶，陳為《環(huán)形共模電感近磁場泄露分析》
3、陳為《EMI(1級2級)濾波器設計方法.pdf》
4、沙斐《機電一體化系統(tǒng)的電磁兼容技術》
來源：EMC標準
關于我們 聯(lián)系我們 營業(yè)執(zhí)照 全國服務電話：400-818-0021 嘉峪檢測版權所有 備案號：京ICP備14047019號-2 
京公網(wǎng)安備11010802046783號
