噪声典型路径:
噪声成为影响设备的问题,一定会通过以下路径:
1.噪声源
2.耦合路径
3.受体
如下图所示:
对于EMS问题上,我们通常用 改变频率与幅度来解决;
对于EMI问题上,我们会增加待测设备的抗干扰能力,不过有很多情况下降低噪声源或提高受体的抗干扰能力是不切实际的,所以我们不得不控制耦合路径;
举例:
例子1:传导耦合噪声
在下面这张电机中,电机的换向器产生的电弧干扰了低频电路。
1.噪声源为换向器与电刷之间的电弧;
2.耦合路径为引线的传导和辐射;
3.受体是低频电路;
在此例子中我们无法对受体或噪声源做太多事情,所以我们只能打破耦合路径来消除干扰,耦合路径上的辐射和传导都应该被阻止;解决方法是在易受干扰的电路之前将噪声消除(去耦和过滤);
例子2:公共阻抗耦合
当两个不同电路流过共同的阻抗时,就会产生公共阻抗耦合;电路的干扰信号通过公共阻抗相互耦合;如下图所示:
通过改善电路之间的连接状态,并且减少公共阻抗可以改善;
另一个相似的例子如下:
磁场耦合和电场耦合的数学模型:
当电路之间存在电场时,其耦合的数学模型如下,可认为两个电路之间存在一个电容:
当电路之间存在磁场耦合时,其耦合的数学模型如下,可认为两个电路形成了变压器互感:
EMC中的线缆:
电缆通常是系统中最长的部分,它可以成为接受/辐射噪声的天线;
线缆中的耦合有以下几种:
1.电容耦合:等效模型如下。
线缆2上VN的电压表达式如下:
从以上公式可以看到,如果V1的频率和幅值不能改变,就必须通过减少R或者减少C12来实现更低水平的耦合;
按照经验直径0.64mm的线缆,耦合的衰减发生在2.54cm处;
加屏蔽罩的电容耦合模型:
屏蔽层上因此有很高的屏蔽阻抗;
耦合电压为:
在实际情况中线缆往往是只加了部分的屏蔽罩,如下图所示:
此时的耦合电压为:
2.电感耦合:
当电流流过导体时,会产生磁通量:
则自感为:
当存在两个电路时,电路1和电路2之间的互感为:(分子为电路1和电路2之间的磁通)
由法拉利定律得知VN为:
如果磁通随时间正弦变化,但是在环路面积内保持恒定,则上式可以表达为:
示意图如下图所示:
感应噪声取决于被干扰电路所包围的面积。
两根线缆进行电感耦合的物理模型:
若要减少电感耦合模型中的干扰,需要减少回路面 频率/互感量,互感量可以通过减少面积 以及 改变两根线缆之间的介质 来减少;在电源线中使用双绞线可以减少回路面积,而且会使得磁场相互抵消,减少对其他电路的干扰; 在解决线与线之间的串扰首先要区分电场耦合 和 磁场耦合;
关于如何区分电场耦合和磁场耦合我将在下片文章中介绍....
在本篇文章中对EMC问题中噪声典型路径和线缆中的电容模型和电感模型做了简单的介绍,如果各位觉得还可以的话欢迎点赞收藏转发