资讯详情

EMC-传导发射之--共振才是EMI问题的最大本质

1. 共振的原理

共振可以说是宇宙中最常见、最频繁的自然现象之一。在某种程度上,甚至可以说共振没有世界。共振现象也广泛应用于生活中。暂时,根据共振原理,电视、网络甚至眼睛看到的一切都接受信号。

共振的原理是,大多数事物都是由分子组成的,每个分子都有固有的频率。当某种能量接近其固有频率时,它更容易释放或吸收能量,其效果是放大振动效果。因此,共振也是同一物理系统在其自然振动频率下往往从周围环境中吸收更多能量的现象。这些特定的频率被称为共振频率。

2. 共振的现象

自然中有许多地方有共振的现象如:乐器的音响共振、太阳系一些类木行星的卫星之间的轨道共振、动物耳中基底膜的共振,电路的共振等。

19世纪初,一群拿破仑士兵通过法国昂热市的一座桥,在指挥官的密码下(另一种说法是二战期间的德国)。当他们走到桥的中间时,桥突然剧烈颤抖,最终断裂坍塌,导致许多官兵和公民落入水中死亡。经过调查,悲剧的罪魁祸首是共鸣!

机床运行时,运动部分总是有一定的不对称性,从而对机床其他部件施加周期性力,导致这些部件的强制振动。当这种力的频率接近或等于机床的固有频率时,会产生共振,影响加工精度,增加机械钢的疲劳损伤,增加机械的损伤。

弦乐器中的共振箱和无线电中的电谐振是使系统固有频率与驱动频率相同并产生共振。广播电台通过天线发出短波/长波信号,收音机通过将天线频率调整到与广播电台相同的频率来产生共振。

音乐的频率、节奏和有规律的声波振动是一种物理能量,适度的物理能量会引起人体组织细胞的和谐共振。这种声波引起的共振会直接影响人的脑电波、心率、呼吸节奏等。,使细胞产生轻微的共振,使人感到舒适和舒适。激活体内细胞,加速血液流动,激活人体生命潜能。当人们处于优美愉悦的音乐环境中时,可以改善精神系统、心血管系统、内分泌系统和消化系统的功能,促进人体分泌有益健康的活性物质,提高大脑皮层的兴奋性,激发人们的精神,培养和升华人们的心灵。因此,使用音乐产生的共振可以缓解各种因素引起的紧张、焦虑和抑郁。

3. 电路共振(谐振)

共振(通常称为谐振)也会在电路中引起。

通过不同频率信号LC当串联电路时,频率较高的信号会通过电感大大衰减,而直流信号不能通过电容器。当输入信号的频率等于时LC谐振频率时,LC串联电路阻抗最小。此时,通过LC最大电流。信号很容易通过电容器和电感器输出。LC它相当于向信号源吸收最大电流。

通过不同频率的信号LC根据电感器和电容器的阻抗特性,高频信号容易通过电容器到达输出端,低频信号容易通过电感器到达输出端。LC并联谐振频率处电路阻抗最大,谐振频率点信号不能通过LC并联振荡电路。此时,相当于LC并联电路向电源吸收最大电压。

EMC_38">4. 80%以上的EMC问题与共振有关

a) 滤波器内部共振

产品的EMC问题可以解释为电路中各种额外电路的形成,因为电感和电容总是不可或缺的。

可以说80%以上EMC问题都与谐振有关。谐振使EMC在EMI谐振会插入损耗高的滤波器滤波效果。下图是滤波器的插入损耗图,图中的尖峰是滤波器件LC在这个频率上,形成的谐振点,LC滤波器不仅没有滤波效果,还会放大原有的滤波效果EMI信号。因此,在选择滤波器中的电感电容参数时,其谐振点必须远小于被滤波的频点。

在这里插入图片描述

除了滤波器内部设备形成的谐振点外,滤波器中的滤波参数与滤波器以外LC如:

滤波器中的电感与滤波器外的分布电容谐振;

滤波器中的电容与滤波器之外的分布电感谐振;

滤波器中的分布电容与滤波器外的分布电感谐振;

滤波器中的分布电感与滤波器外的电感谐振。

这就是为什么插入损耗值很好的滤波器在实际产品中不能发挥其应有的衰减效果。

b) 谐振会让EMI发射值变高

如下图所示,产品内部接地线过长,导致内部近场噪声耦合到红色接地线上。在电路上,干扰从分布电容耦合到接地线,接地线的分布电感与耦合电容串联谐振。谐振时,接地线AG两端电平最高,最终导致设备外接系统接地线共模电流最大,辐射最高。

下图为传导骚扰试验,EUT接地线、电源线、参考接地板、LISN组成回路的谐振点和EUT谐波同频中骚扰源频率,谐振时,骚扰源会在EUT接地线、电源线、参考接地板、LISN共模电流在组成电路中感应最大,导致谐振频点上传导骚扰值最高。

变EUT接地方式后(如下图所示)EUT接地线与电源线平行布置),传导骚扰值大大降低。

下图显示了开关电源上的高功率管dV/dt由于PCB布局布线的原因导致与电源输入印刷线之间的容性耦合。在等效电路上,容性耦合的分布电容与电源端口的电感值共振,最终导致LISN两端产生较高的EMI电位差,传导骚扰超标。

下图还显示了开关电源中开关电路主电路中的分布电容和分布电感的谐振。当开关信号的谐波频率与谐振频率相同时,主电路中的电流最大,导致外部共模电路的感性耦合,最终使共模传导骚扰超过标准。

c) 共振会增加干扰

在抗扰度方面,谐振也会在特定频点表现出最强的干扰能力。最典型的测试性能是相同的干扰值(如频率扫描的抗扰度测试)RS测试10V/m),但只在特定的频点fail。原因是干扰频率和系统LC谐振点同频时,如果感应电流通过,可以感应到最大的感应电流PCB板,所以此时PCB板上相当于最大的干扰。

谐振也会使测试的复现性变差,因为EMC测试时,测试布置的相关因素,如电缆长度、电缆距离参考接地板高度、电缆距离等EUT放置位置等因素会影响分布参数,从而改变被测系统的谐振点,最终导致测试现象的变化。

简而言之,产品中有大量的谐振点,大部分是由分布参数引起的,难以计算,EMC测试频段从数KHz到GHz在这个频段范围内,谐振点也很难避免(也可以说是不可避免的),所以是EMC也可以认为是一个大问题EMC问题的最大本质。

5. 如何解决共振引起的问题EMC问题

虽然谐振是不可避免的,但仍有减少谐振的措施EMC主要措施有:

1、 增大LC分立元件参数的值,让LC谐振点远离测试频段。如果设计电源滤波器,电源滤波器的谐振点应远小于150KHz,此时滤波器才能取得较好的滤波效果;

2、 深刻理解EMC设计的本质是控制分布参数值(如减少接地线长度、缩短电容引线、线间铺铜、减少信号电路面积等)。减少分布参数可以增加谐振点的频率,随着频率的增加,骚扰源的谐波范围会越来越小,即使谐振,整体骚扰也会越来越低;

3、 增加EMI信号源的上升沿时间,因为上升沿时间影响信号源的高谐波范围,沿越慢,高谐波范围越低,可以有效降低开关驱动信号中串电阻、并联电容等高频谐振频点的范围;

本文来源于网络:共振是EMI问题的最大本质

标签: emi滤波器后加大电容

锐单商城拥有海量元器件数据手册IC替代型号,打造 电子元器件IC百科大全!

 锐单商城 - 一站式电子元器件采购平台  

 深圳锐单电子有限公司