电磁干扰(EMI)抑制设计及控制方法

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电磁干扰(EMI)抑制设计及控制方法
电磁干扰是没有一定规律可言的，一般很难准确判断什么地方在哪种情况下会产生干扰。同一原理电路由两个人分别设计 PCB 板，干扰情况都会有所不同，目前我们设计人员都是采取被动措施—功能设计完成后，试验不行再想办法。这种方法常常使工程师们为了一些干扰而伤透脑筋：一则采取了一些措施不解决问题，二则很多方法要增加元件而没有合适的位置，迫使原设计不得不放弃而重新设计。为了解决这一矛盾，若采取主动设计，即根据电路事先判断可能产生干扰或被干扰的部位，主动采取一些措施加以预防，最后通过试验确定哪些是必要的，哪些不必要的，不必要的元件可以撤除，以降低成本，这种方法可有效缩短设计开发时间，降低开发成本，及早将产品推向市场。

电磁干扰抑制需要许多特殊元件，下面介绍一些具体元件及作用。

( 一 ) 传导干扰的抑制

      传导干扰的基础是“路”，很显然解决这一问题的方法就是要选择电路元件，抑制干扰信号在“路”当中传递，通常使用滤波器、非线性器件及光电耦合器件。

1. 电源滤波器

       电源滤波器是由集中参数或分布参数的电阻、电感和电容构成的网络，用于电源线上，以防止干扰信号沿电源线传播，电源滤波器是一个低通元件，根据不同国标，它具有不同的抑制频率。当进行EMC测试时，若 CE03 不能通过，一般选用电源滤波器加以辅助来解决问题。电源滤波器通常单只使用，若用户有更高性能要求，也可级联使用，级联使用可加大干扰信号的衰减幅度，拓展抑制干扰信号的频率范围。两只滤波器级联常常做在一只壳体中，是一种非常有用的形式：它既能提高性能又缩小体积，降低成本。更多只级联由于性能改善增大不多，且容易影响电路稳定性，很少使用。滤波器通常可分为：单相交流、三相交流、直流滤波器。交流滤波器一般用于电源入口处，而直流滤波器用于电源出口处（ DC 输入 / 输出）。

2.EMI 吸收环 / 珠

      EMI 吸收环 / 珠是一种用铁氧体制成的元件，是一种吸收损耗型元件。其特性表现为：吸收高频信号并将吸收的能量转化成热能耗散掉，从而达到抑制高频干扰信号沿导线传输的目的，其等效阻抗中电阻值分量是频率的函数，随着频率而变化。EMI 吸收环 / 珠可做成各种各样的形式，广泛应用于各种场合，在 PCB 板上，可加工在 DC/DC模块、数据线，电源线等地方，它吸收所在线路上高频干扰信号，但却不会在系统中引起新的零极点，不会破坏系统的稳定性。它与电源滤波器配合使用，可很好补充滤波器高端性能不足（30MHz），改善系统中滤波特性。EMI 吸收环 / 珠有效频段为 2 1000MHz ，性能最佳频段则为 5 200MHz ，在此频段吸收阻抗维持为一个常数。EMI 吸收环 / 珠选择时要注意：通过电流大小正比于元件体积，两者失调，易造成饱和，降低元件性能，避免饱和的有效方法是将电源的两根线（正、负或火、地）同时穿过一个磁环。磁环在使用中还有一个较好的方法是让穿过磁环的导线反复串几下，一来可提高穿过环的面积，增加等效吸收长度，二来充分利用磁环具有磁滞特点，改善低端特性。

3. 片状滤波器

      片状滤波器是 EMI 吸收珠与电容器组合而成的组合器件，具有两者特性的组合与延伸，其等效电路为一个 T 型电路， C 元件参数选择不同，片状滤波器的转折频率，即通频带也就得到改变，使之适应各种不同要求的电路。

      通常片状滤波器用于直流电源输出端。特别是开关电源，可有效抑制、消除开关电源主振引起的高次谐波的干扰通过电源线干扰系统；若同一电源有多个分支，则用片状滤波器接至每一分支，还可有效防止各分支干扰信号相互串扰。在高速数字电路系统中，片状滤波器正在取代高速芯片 Ass 对地的电容元件，以防止高频噪声通过电源干扰芯片正常工作。另外在高清晰度彩电中也已应用这种片状滤波器。

4. 抑制尖峰的非线性器件

在抑制尖峰干扰的元器件中，最常用的可以分为三大类：
             a. 气体放电管
             b. 压敏电阻
             c. 瞬变电压抑制器（ TVP 管）
             放电管是采用电极放电的原理来工作的，当两个电极的电压达到击穿电压时，两个电极就产生了放电，达到了电压箝位的目的。放电管的优点是放电容量比较大，适用于防雷，缺点是响应时间太慢是这三类元件中最慢的一种，因此，它无法抑制开关过程中产生的窄尖峰。压敏电阻是现在电子产品使用最多的尖峰抑制元件，它是一种非线性的元件，在低电压的预击穿区，U-I特性受外界的热激发射电流效应控制，表现为电流饱和的高电阻性，即压敏电阻的电阻值，当电压超过一定值后，U-I 特性曲线进入击穿区，热激发射电流的导电机制已不起重要作用了，代之而起决定作用的是隧穿电流导电机制，此时，电阻值随着电压增高而急剧变小。压敏电阻的优点是响应速度比较快，且通流量也比较大，使用于防雷和开关消弧等场合，其缺点是静电电容较大，会对1MHz 以上的信号造成衰减。因此，在中高频的信号电路中无法采用。 　　
             瞬变电压抑制器是利用 PN 结的反向特性来进行工作的，在加上反向电压时，反向电流很小，当
          反向电压逐渐增高时，反向电流基本保持不变，当反向电压增加到某一数值时，反向电流急剧增大，
          这种现象称之为反向击穿，此时的反向电压称为击穿电压，根据工艺和结构的不同，其击穿电压可从
          1伏至几百伏。这类尖峰抑制器的响应速度很快，有的型号甚至可以达到纳秒级的速度，其结电容也
          比较小，尤其是中小功率的尖峰抑制器，其缺点是通流量比较小，一般只能达几百安培的能力（组合
          型的例外），所以它比较适合信号电路和小功率场合。
         ( 二 ) 辐射干扰的抑制 　　
             辐射干扰的基础是空间“场”，干扰信号可以从任何一个缝隙孔洞或长导线（相当于天线）传输
             至被干扰设备。由此看来，对辐射干扰的抑制的途径：封堵电磁波可透过的缝隙、空洞，减弱长
             导线的天线效应。
                1. 导电衬垫 　　
                导电衬垫的作用是将原本较长的缝隙分割成较短的缝隙，将原来可通过长缝隙的干扰信号反射
             和衰减，从而达到抗干扰的目的。 　　
                常用的导电衬垫有：金属丝网屏蔽条、铍青铜指形簧片、导电布密封条等，各种材料有其不同
             特点及适应范围。 　　
                金属丝网屏蔽条充分利用了纺织丝网的导电性能及缘胶优良压缩形变特性，将双层（或多层
           ）纺织金属丝网包裹在缘胶芯上特制而成。缘胶芯材料是氯丁缘胶（或硅缘胶、缘胶管），金属纺
           织网是 Ferrex 合金（或 MONEL 合金丝）。为了适用不同场合，这种衬垫还有不带缘胶芯及金属丝
           网与缘胶拼接在一起的组合型屏蔽条。金属丝网屏蔽条主要用于机箱门、盖板、搭接缝的连接处，
           用其填充缝隙，实现连续导电接触。金属丝网衬垫不能同时作水密和压力密封，但可以防尘和通过
           淋雨实验。 　　
               铍青铜指形簧片衬垫是由特殊合金铍青铜制成指形簧片，解决其他衬垫不能在剪切方向上受力
           问题，同时具有结合压力小，形变范围大，低频段和高频段屏蔽性能优异、重量轻、安装方式灵活
           多样等种种优点。铍青铜簧片易用于要求EMI、RFI和ESD的各种场合，被广泛应用在各种不同领域
           的电子设备中，它具有高屏蔽性能，高导热和不受核爆炸、紫外线、臭氧影响，可用于屏蔽室、舱
           门、机箱门、盖板、印刷板插板、集成电路屏蔽。 导电布密封条衬垫是由尿脘海棉芯片外包裹高导
           电镀银纤维制成，外表涂有抗腐蚀保护膜。这种材料主要用于机箱面板间接地，防止电磁干扰。相
           对其他材料而言，该种密封条衬垫重量轻，变形比大，密封后所余间隙小（布的纤维之间是连续的
           ）。
           2. 导电屏蔽胶带 　　
               导电屏蔽胶带是一种带高导电背胶的金属箔带，其金属箔和背胶组成完整的导电体，可与任何
           金属面以粘接方式完成电搭接和缝隙电封闭；双面胶带还可替代焊接将两个金属板连接在一起，实
           现其相互的电连续性连接。 　　
               导电屏蔽胶带可用于机箱边框上形成抗腐蚀导电接地点、面；在不可焊接材料（如铝、导电塑
           料）的两个面之间形成电搭接；在 EMI 辐射测试中，贴缝补漏；在电缆屏蔽层的连接器头金属之间
           形成低阻抗连接；以及用其缠包线缆实现 EMI 屏蔽，弯曲电缆包易选用导电屏蔽胶带。 　　
               常用的胶带有：铜、铝、镀锡铜、导电布不干胶带。另外还有一种压纹胶带，它的背胶不是导
           电背胶，而是利用压纹形成的不同高低面的凸起点将胶面刺破实现电接触，电连续点要较前述胶带
           少。
                导电胶带使用中必须要让待粘接面保持干净和干燥，并避免反复揭贴。
           3. 透明导电膜
               透明导电膜是在透明聚脂膜上形成导电性表面，而又保持极高透明度（ 70 80% ），克服常
           规屏蔽玻璃透明度低（ 40% ）的缺点，同时导电膜片厚度薄，可直接贴覆在玻璃或有机玻璃表面，
           从而实现观察窗电磁屏蔽，特别是对液晶显示器这种被动光源显示器件以及读数准确度高的仪表
           盘 ，会有极佳效果。
               透明导电膜在使用中要做好端接，使导电层与机体很好地连接为一体，以保持良好的屏蔽性。
           在性能要求极高的场合，透明导电膜，以至屏蔽玻璃多无法满足要求，还需在显示器后面进行屏蔽
           加固，可选用金属罩或用组合箔片进行屏蔽隔离。
           4. 屏蔽通风窗
               屏蔽通风窗可适用于需要通风的开口处，同时还能提供良好的屏蔽性能。

xiao_long

谢谢，学习一下

steveniyang

ding yi ge.

jerry_zeng2009

很好，长进不少，谢谢！

zzzzm

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whq0217

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dugufeng168

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huzx1978

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