电磁干扰与防护

1、2022/8/31 6.2电磁干扰和抗干扰措施(cush)一、电磁兼容（EMC）概念 我国从世纪80年代至今已制定了上百个电磁兼容的国家标准，强制要求多数电气设备必须通过相关电磁兼容标准的性能测试，否则为不合格产品。 电磁兼容是指电子系统在规定的电磁干扰环境中能正常工作的能力，而且也不向处于同一环境的其它(qt)设备释放超过允许范围的电磁干扰 。 共五十三页2022/8/32二、电磁干扰的来源(liyun) 电磁干扰源分类： 自然界干扰源和人为干扰源 有意干扰(gnro)和无意干扰(gnro) 传导型干扰和辐射型干扰 共五十三页三 电磁干扰三要素消除或减弱电磁干扰的方法（1）消除或抑制干扰源：

2、积极、主动的措施是消除干扰源。（2）切断干扰途径：提高绝缘性能、采用隔离、滤波电路、静电屏蔽、磁屏蔽、电磁(dinc)屏蔽等。（3）削弱接受回路对干扰的敏感性：降低输入阻抗、尽量采用数字电路等。（1）干扰源（2）干扰途径(tjng)传导型干扰（路）、辐射型干扰（场）（3）对电磁干扰敏感性较高的接收电路共五十三页2022/8/34干扰(gnro)途径传导型（通过路的干扰）： 供电干扰（电源干扰）：来自电源本身或由于电源异常抖动引起的干扰 强电干扰（信号通道(tngdo)干扰）：来自信号通道内部的各种干扰 接地干扰：由于接地不当引起的干扰辐射型（通过场的干扰）： 辐射干扰：来自空间的电磁干扰 共五

3、十三页2022/8/35电吹风机干扰(gnro)电视机的演示 电吹风机产生的电磁波干扰以两种途径到达电视机：一是通过(tnggu)共用的电源插座，二是以空间电磁场传输的方式由电视机的天线接收。应设法切断这些干扰途径。 共五十三页2022/8/36由电源(dinyun)配电回路引入的干扰 交流供配电线路在工业现场的分布相当于一个吸收各种干扰的网络, 而且十分方便地以电路传导的形式(xngsh)传遍各处，经检测装置的电源线进入仪器内部造成干扰。共五十三页2022/8/37由电焊(dinhn)引起的干扰 电焊机电缆(dinln)产生强磁场干扰磁场交链信号线共五十三页2022/8/38四 几种(j z

4、hn)电磁兼容控制技术 抗电磁干扰技术有时又称为(chn wi)电磁兼容控制技术。 针对破坏干扰途径的目标，常用的抗干扰技术有屏蔽、隔离、滤波、接地等技术。 共五十三页2022/8/39四 常见(chn jin)的电磁兼容控制技术 屏蔽技术：可抑制电磁干扰在空间的传播，并切断辐射 干扰的传播途径隔离技术：阻断干扰信号传导通路，并抑制干扰信号 强度滤波技术：根据频率选择性地抑制干扰信号接地技术：保护人身和设备安全；提供参考(cnko)零电位； 阻隔地环路 共五十三页2022/8/310一）屏蔽(pngb)技术 利用金属材料制成容器，将需要防护的电路包围在其中，可以防止电场或磁场耦合干扰的方法称为

5、屏蔽。屏蔽可分为静电屏蔽、低频磁屏蔽和电磁屏蔽等几种。根据(gnj)不同的对象，使用不同的屏蔽方式。 未加屏蔽罩时，中频变压器线圈易受外界干扰。加屏蔽罩后的中频变压器共五十三页2022/8/3111.静电屏蔽(jn din pn b) 静电屏蔽是用铜或铝等导电性良好的金属为材料制作成封闭的金属容器，把需要屏蔽(pngb)的电路置于其中，使外部干扰电场的电力场不影响其内部的电路，反之，若封闭的金属容器与地线连接，容器内电路产生的电力线也无法影响外电路。 不仅能防止静电干扰，也能防止交变电场干扰。 静电屏蔽的容器壁上允许有较小的孔洞（作为引线孔或调试孔），它对屏蔽的影响不大。 共五十三页2022/

6、8/312各种( zhn)静电屏蔽 仪器设备的屏蔽外壳(wi k)必须接地带孔屏蔽板共五十三页2022/8/313各种( zhn)静电屏蔽 开关电源采用(ciyng)带孔的屏蔽外壳，既可散热，又可防止电磁干扰外泄共五十三页2022/8/314各种( zhn)静电屏蔽（续） 带调试(dio sh)孔的屏蔽盒共五十三页2022/8/315屏蔽线 三绞扭屏蔽线铜芯4对双绞扭屏蔽(pngb)线（屏蔽(pngb)层接地）聚氟乙烯绝缘层铜线(tn xin)编织网（接地）共五十三页2022/8/3162.低频(dpn)磁屏蔽 低频磁屏蔽是用来隔离低频（主要指50Hz）磁场和固定磁场（也称静磁场，其幅度(fd

7、)、方向不随时间变化，如永久磁铁产生的磁场）耦合干扰的有效措施。 静电屏蔽线或静电屏蔽盒对低频磁场不起隔离作用。必须采用高导磁材料作屏蔽层，以便让低频干扰磁力线只从磁阻很小的磁屏蔽层上通过，使低频磁屏蔽层内部的电路免受低频磁场耦合干扰的影响。有时还将屏蔽线穿在接地的铁质蛇皮管或普通铁管内，同时达到静电屏蔽和低频屏蔽的目的。 共五十三页2022/8/317低频磁屏蔽(pngb)举例 多数仪器的外壳采用导磁材料（例如：铁质机壳）作屏蔽层。如果将外壳接地(jid)，则同时达到静电屏蔽和低频磁屏蔽的目的。 共五十三页2022/8/3183.高频(o pn)磁屏蔽 高频磁屏蔽是采用导电良好的金属材料做成

8、屏蔽罩、屏蔽盒等不同的外形，将被保护的电路包围在其中。它屏蔽的干扰对象是高频（40kHz以上）磁场。 干扰源产生的高频磁场遇到导电良好的电磁屏蔽层时，就在其外表面感应出同频率的电涡流，从而消耗(xioho)了高频干扰源磁场的能量。其次，电涡流也将产生一个新的磁场，抵消了一部分干扰磁场的能量，从而使电磁屏蔽层内部的电路免受高频干扰磁场的影响。 镀铜电磁屏蔽盒共五十三页2022/8/3193.高频(o pn)磁屏蔽 高频磁屏蔽层所需的厚度与干扰频率有关。1）f 1MHz时，用0.05mm厚的金属制成的屏蔽体可将场强度减为原场强的1/100左右2） f 10MHz时，用0.01mm厚的金属制成的屏蔽

9、体可将场强度减为原场强的1/100甚至更低3） f 100MHz时，可在塑料(slio)壳体上镀或喷以铜层或银层制成屏蔽体。 若将高频屏蔽层接地，就同时具有静电屏蔽的功能，也常成为电磁屏蔽。共五十三页2022/8/320军用屏蔽(pngb)帐篷几种用导电纤维材料编织(binzh)而成的军用电磁屏蔽器材 军用 电子方舱屏蔽通信车共五十三页2022/8/321屏蔽(pngb)室 导电(dodin)PVC地板 用于防静电及 底部屏蔽干扰信号无法穿透钢板屏蔽室共五十三页2022/8/322二） 隔离(gl)技术 变压器隔离：采用隔离变压器，隔离低频干扰信号 （只能传输交流信号）扼流圈隔离：抑制高频干扰

10、（可传输交、直流信号）光电耦合隔离：光电耦合器是一种电光电耦合器 件，输入量、输出量都是电流，但两者 之间是绝缘的。可隔离两电路单元间 的干扰信号。继电器隔离：实现强、弱电器件间的隔离，驱动(q dn)大功 率设备。但有触点，通断时会产生火花 或电弧引起干扰。固态继电器隔离：用晶体管或晶闸管代替常规继电器的触点 开关，实质上是一种带光电隔离器的无触点开关。 共五十三页2022/8/323光耦的隔离、传输作用(zuyng)举例 下图是用光耦传递信号并将输入回路(hul)与输出回路(hul)隔离的电路。光耦的红外发光二极管经两只限流电阻R1、R2跨接到三相电源电路中。 请分析当交流接触器未吸合时和

11、吸合后两种状态下流过光耦中的红外发光二极管V1的电流、光耦中的光敏三极管V1的状态，以及Ue、o的电平。 共五十三页2022/8/324三） 滤波(lb)技术 按滤波器频率特性分类： 高通、低通、带通、带阻按滤波器对干扰信号的处理方式(fngsh)分类： 反射式、吸收（损耗式）按滤波器构成形式： 硬件滤波器、软件滤波器 对与有用信号频率相近的干扰信号，能否采用滤波技术消除干扰？共五十三页2022/8/325 滤波器是抑制交流差模干扰(gnro)的有效手段之一。有RC滤波器和LC滤波器等几种。 1. RC滤波器：当信号源为热电偶、应变片等信号变化缓慢(hunmn)的传感器时，利用小体积、低成本的

12、无源RC低通滤波器将对串模干扰有较好的抑制效果。 a）单节RC滤波器与放大器的连接 b）双节RC滤波器 c）低通滤波器图形符号 d）频率特性 共五十三页2022/8/3262.交流电源滤波器 电源(dinyun)网络吸收了各种高、低频噪声，对此常用LC滤波器来抑制混入电源的噪声。 共五十三页2022/8/327交流电源滤波器外形(wi xn) 共五十三页2022/8/328交流电源滤波器外形(wi xn)带交流电源 滤波器的插座(chzu)共五十三页2022/8/329交流电源滤波器的内部(nib)电路 图中的100H电感、0.1F电容组成高频滤波器，用于吸收从电源线传导进来的中短波段的高频噪

13、声干扰；图中两只对称的5mH电感是由绕在同一只铁心两侧(lin c)、匝数相等的电感绕组构成的，称为共模电感（共模扼流圈），用于吸收因电源波形畸变而产生的谐波干扰；图中的压敏电阻用于吸收因雷击等引起的浪涌电压干扰。共五十三页2022/8/330开关电源内部(nib)的电源滤波器及共模电感 共五十三页2022/8/331电源(dinyun)滤波器中的共模电感 当50Hz电流流经共模电感时，由于进线与出线产生的磁场方向相反，相互抵消，不会(b hu)产生压降，但共模电感对共模干扰却有较大的感抗。三相共模电感 共五十三页2022/8/332电源滤波器中的共模(n m)电感 当50Hz电流流经共模电感

14、时，由于进线与出线产生的磁场方向相反，相互抵消，不会产生压降，但共模电感对共模干扰却有较大(jio d)的感抗。 共五十三页2022/8/333交流电源滤波器的使用(shyng)效果使用电源(dinyun)滤波器前观察到的干扰使用电源滤波器后干扰消失共五十三页2022/8/334对直流电源：直流电源滤波器 直流电源往往为几个电路所共用，为了避免通过电源内阻造成几个电路间互相干扰，应在每个电路的直流电源上加上RC或LC退耦滤波器。下图中的电解电容用来滤除低频噪声，电解电容旁边并联一个0.010.1F的磁介电容(dinrng)或独石电容(dinrng)，用来滤除高频噪声。FB是磁珠滤波器。 共五十

15、三页2022/8/335四）接地(jid)技术：保护人身和设备安全；提供参考零电位；阻隔地环路(hun l)；屏蔽层接地。共五十三页2022/8/336 1.保安地线 接地起源于强电技术，它的本意是接大地，主要着眼于安全。这种地线也称为(chn wi)“保安地线” 。它的接地电阻值必须小于规定的数值。 地线(dxin)的种类共五十三页2022/8/337四种触电(ch din)情况 共五十三页2022/8/338保安(bo n)地线 电烙铁的外壳必须良好(lingho)地接大地，以保证人身安全以及焊接对象不致被静电击穿。共五十三页2022/8/339接大地(dd)与防静电的关系 人在工频电场中

16、工作时，身体可能(knng)感应出几十伏以上的电压；当人在地板上行走时，也可能(knng)因摩擦而带上几百伏以上的静电。因此在焊接集成电路时，人体必须良好地接大地，以保证集成电路的CMOS输入端不致被静电击穿。人体接地的方法之一是带上接地的防静电手腕带。防静电手腕带共五十三页2022/8/340防静电手腕带的使用(shyng)接地(jid)共五十三页2022/8/3412.信号(xnho)地线对于仪器、通讯、计算机等电子技术来说，“地线”多是指电信号的基准电位，也称为(chn wi)“公共参考端”，它除了作为各级电路的电流通道之外，还是保证电路工作稳定、抑制干扰的重要环节。它可以接大地，也可以

17、与大地隔绝。常将仪器设备中的公共参考端称为信号地线。共五十三页2022/8/342信号(xnho)地线分类 模拟信号地线(Grounded Wire of Analog Signal) 模拟信号地线是模拟信号的零信号电位公共线，作为变送器、放大器、ADC、DAC中模拟电路的零电位。 因为模拟信号电压(diny)多数情况下均较弱、易受干扰，易形成级间不希望的反馈，所以模拟信号地线的横截面积应尽量大些。 共五十三页2022/8/343数字信号地线 (Grounded Wire of Digital Signal) 数字信号地线是数字信号的零电平公共线（作为各种数字电路的零电位）。由于数字信号处于脉

18、冲工作状态，动态脉冲电流在接地阻抗上产生的压降往往成为微弱(wiru)模拟信号的干扰源，为了避免数字信号对模拟信号的干扰，两者的地线应分别设置，再汇集于所选择的一点。 共五十三页2022/8/344信号源地线 (Grounded Wire of Signal Source) 传感器可看作是测量装置的信号源，多数情况下信号较为微弱，通常传感器安装在生产设备现场，而测量装置设在离现场一定距离的控制室内，从测量装置的角度看，可以(ky)认为传感器的公共参考端就是信号源地线，它必须与测量装置进行正确的连接才能提高整个检测系统的抗干扰能力。 共五十三页2022/8/345负载(fzi)（功率）地线 (L

19、oad Grounded Wire) 是大电流功率(gngl)驱动电路的零电位。负载的电流一般都比前级信号电流大得多，负载地线上的电流有可能干扰前级微弱的信号，因此负载地线必须与其他信号地线分开。共五十三页2022/8/3462) .单点接地(jid)和多点接地(jid) 串联式单点接地 若将多级电路的地线逐级串联(chunlin)，在最后一段地线上将存在一定的对地电位差，有可能产生共阻抗耦合干扰，应采取并联接地方式，才不易产生级与级之间的相互干扰。负载电流干扰压降共五十三页2022/8/3472) 单点接地(jid)和多点接地(jid) 并联式单点接地并联单点接地方式不易产生共阻抗耦合干扰，

20、但需要多根地线，在低频时效果较好，但在高频时反而会引起各地线间的互感耦合干扰，因此只在频率为1 MHz以下(yxi)时予以采用。设计多级电路的地线应注意以下两个原则：一是公用地线截面积应尽量大些，以减小地线的内阻，二是应把电流最大的电路放在距电源的接地点最近的地方。共五十三页2022/8/348多级电路(dinl)的单点接地原则的改错请指出下图的电源接地(jid)错误监控电路电源盒第二级放大器第一级放大器地线1地线3+12V地线2共五十三页2022/8/3492）单点接地(jid)和多点接地(jid) 多点接地 当信号频率较高时，应采取“多点接地”，即各单元电路分别连至最近的地线上。多点接地的地线一般采用金属(jnsh)导带组成的栅格网络或整块金属(jnsh)板。 因为接