電磁干擾,英文名稱為ElectroMagnetic Interference,簡稱EMI,是指任何在傳導(dǎo)或者在有電磁場伴隨著電壓、電流的作用下而產(chǎn)生會降低某個裝置、設(shè)備或系統(tǒng)的性能,還有可能對生物或者物質(zhì)產(chǎn)生不良影響的電磁現(xiàn)象。電磁干擾是變頻器驅(qū)動系統(tǒng)中的一個主要問題。電磁干擾EMI屬于電磁兼容EMC中重要組成部分之一。
電磁指的是物質(zhì)所表現(xiàn)出來的電性以及磁性的統(tǒng)稱,例如電磁感應(yīng)、電磁波等等。而電磁波指的是物體所固有的發(fā)射和反射在空間中傳播交變的電磁場的物理量。電磁干擾就是指將振蕩器中電感線圈的兩端,一端接地,另外一端做成一個天線,干擾信號就會發(fā)射出去,若振蕩器的振蕩頻率可調(diào),所發(fā)射的干擾信號頻率就會發(fā)生變化。
電磁干擾EMI,有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。
1.傳導(dǎo)干擾是指通過導(dǎo)電介質(zhì)把一個電網(wǎng)絡(luò)上的信號耦合(干擾)到另一個電網(wǎng)絡(luò)。
2.輻射干擾是指干擾源通過空間把其信號耦合(干擾)到另一個電網(wǎng)絡(luò)。
在高速PCB及系統(tǒng)設(shè)計中,高頻信號線、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源,能發(fā)射電磁波并影響其他系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其他子系統(tǒng)的正常工作。
電磁干擾是由電器設(shè)備產(chǎn)生的電磁波在傳播時與其他電路交互作用而產(chǎn)生的。它的產(chǎn)生因素包括以下幾個方面:
1.電磁波輻射:當(dāng)電器設(shè)備運行時,會產(chǎn)生電磁波。如果這些波穿過其他電器設(shè)備的電路,它們可能會干擾到那些電器設(shè)備的正常運行。
2.電源干擾:電源中的電磁波可以通過電線傳播到其他電路中,導(dǎo)致干擾。這種情況通常發(fā)生在使用大功率電器時,如電動工具或高功率電子設(shè)備。
3.接地問題:如果設(shè)備的接地不好,就會導(dǎo)致電磁干擾。這可能會導(dǎo)致電流從一個設(shè)備中流入另一個設(shè)備中,從而引起干擾。
4.電纜束:電纜束是指一組電纜或電線,它們通常在相對靠近的地方被綁在一起。這種情況可能會導(dǎo)致電磁場的交互作用,從而導(dǎo)致干擾。
5.靜電放電:當(dāng)兩個帶電體接觸或分離時,可能會發(fā)生靜電放電。這可能會產(chǎn)生電磁場,并導(dǎo)致干擾。
三、電磁干擾(EMI)可以對電子設(shè)備和通信系統(tǒng)產(chǎn)生許多影響,包括以下幾個方面:
1.設(shè)備故障:電磁干擾可能會導(dǎo)致設(shè)備的故障或損壞。這種損壞可能是暫時的,也可能是永久的。例如,計算機系統(tǒng)可能會發(fā)生死機或數(shù)據(jù)損壞,電話系統(tǒng)可能會出現(xiàn)通信中斷,而醫(yī)療設(shè)備可能會失去準(zhǔn)確性或完全失靈。
2.通信干擾:電磁干擾可能會干擾無線通信和衛(wèi)星通信。這可能導(dǎo)致通信中斷、通信質(zhì)量下降、數(shù)據(jù)傳輸錯誤等問題。例如,在飛行中的飛機上,如果出現(xiàn)干擾,可能會導(dǎo)致飛行員和機場控制塔之間的通信中斷。
3.安全風(fēng)險:電磁干擾可能會導(dǎo)致設(shè)備的故障或損壞,從而引起安全風(fēng)險。例如,在核電站或航天器上,如果出現(xiàn)干擾,可能會導(dǎo)致設(shè)備失靈,從而引發(fā)嚴(yán)重的事故。
4.法規(guī)問題:一些國家和地區(qū)制定了電磁兼容性(EMC)法規(guī),要求設(shè)備在生產(chǎn)和銷售之前必須經(jīng)過 EMC 測試。如果設(shè)備不能通過 EMC 測試,就不能在市場上銷售。因此,電磁干擾可能會導(dǎo)致設(shè)備不能符合相關(guān)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn),從而影響其市場競爭力。
5.生產(chǎn)損失:電磁干擾可能會導(dǎo)致生產(chǎn)線的停機時間和生產(chǎn)損失。如果設(shè)備因為電磁干擾而出現(xiàn)故障,可能需要停機維修,從而導(dǎo)致生產(chǎn)中斷和損失。
電磁干擾源包括微處理器、微控制器、傳送器、靜電放電和瞬時功率執(zhí)行元件,如機電式繼電器、開關(guān)電源、雷電等。在微控制器系統(tǒng)中,時鐘電路是最大的寬帶噪聲發(fā)生器,而這個噪聲被擴散到了整個頻譜。隨著大量的高速半導(dǎo)體器件的發(fā)展,其邊沿跳變速率很快,這種電路將產(chǎn)生高達(dá)300 MHz的諧波干擾。
噪聲被耦合到電路中最容易被通過的導(dǎo)體傳遞,如圖所示為分析電磁干擾機制。如果一條導(dǎo)線經(jīng)過一個充滿噪聲的環(huán)境,該導(dǎo)線會感應(yīng)環(huán)境噪聲,并且將它傳遞到電路的其余部分。噪聲通過電源線進入系統(tǒng),由電源線攜帶的噪聲就被傳遞到了整個電路,這是一種耦合情況。耦合也發(fā)生在有共享負(fù)載(阻抗)的電路中。例如兩個電路共享一條提供電源的導(dǎo)線或一條接地導(dǎo)線。如果其中一個電路需要一個突發(fā)的較大電流,而兩個電路共享電源線,等效接入同一個電源內(nèi)阻,電流的不平衡會導(dǎo)致另一個電路的電源電壓下降。該耦合的影響可以通過減少共同的阻抗來削減。但電源內(nèi)阻和接地導(dǎo)線是固定不變的。若接地不穩(wěn)定,一個電路中流動的返回電流就會在另一個電路的接地回路中產(chǎn)生地電位的變動,地電位的變動將會嚴(yán)重降低模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、運算放大器和傳感器等低電平模擬電路的性能。
所有的電子電路都可能受到電磁干擾。雖然一部分電磁干擾是以射頻輻射的方式被直接接受的,但大多數(shù)電磁干擾是通過瞬時傳導(dǎo)被接受的。在數(shù)字電路中,復(fù)位、中斷和控制信號等臨界信號最容易受到電磁干擾的影響??刂齐娐?、模擬的低級放大器和電源調(diào)整電路也容易受到噪聲的影響。
物理隔離是通過將可能產(chǎn)生相互干擾的設(shè)備進行空間上的分離,以達(dá)到減少電磁干擾的目的。簡單來說,就是讓可能產(chǎn)生干擾的設(shè)備保持一定的距離,避免它們之間的直接電磁交互。對于高頻設(shè)備,需要的隔離距離較大。這種方法雖然簡單,但對于大規(guī)模或高密度的電子設(shè)備布置來說可能不切實際。
濾波是通過在電路中加入特定的組件來抑制電磁噪聲的方法。濾波器可以吸收或反射電磁干擾,將其轉(zhuǎn)化為其他形式的能源,從而減少對電路的影響。濾波器一般安裝在電源線和信號線之間,用來削弱從源頭傳播的電磁干擾。根據(jù)工作頻率和濾波效果的不同,濾波器有多種類型,包括高低通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器等。
屏蔽是通過使用導(dǎo)電材料將可能受到電磁干擾的設(shè)備包裹起來,從而防止外部電磁場對其產(chǎn)生影響,也可以防止內(nèi)部電磁場對外界產(chǎn)生影響。常見的屏蔽材料包括銅、鋁等導(dǎo)電金屬,它們可以有效地反射電磁波。在高頻環(huán)境下,為了確保屏蔽效果,還需要在屏蔽層上留有適當(dāng)?shù)目p隙,以便散熱。
接地是通過將設(shè)備連接到地線或參考電位點,以減少電磁干擾的方法。良好的接地設(shè)計可以有效地防止電磁場對設(shè)備的影響,也可以防止設(shè)備產(chǎn)生的電磁場對外界的影響。接地可以分為以下幾種方式:
1)單點接地:適用于工作頻率低于1MHz的電路。該方式是將所有電路的地線接到公共接地端,從而減少地線間的噪聲耦合。
2)多點接地:適用于工作頻率在1MHz到100MHz之間的電路。該方式是通過設(shè)置多個地連接點,降低地線阻抗,減小地線間的噪聲耦合。
3)混合接地:適用于工作頻率在1MHz到30MHz之間的電路。該方式是綜合使用單點接地和多點接地,以適應(yīng)不同電路的要求。