CN104200078A - 一种抑制emi干扰的方法 - Google Patents

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滕学军
肖波
谷俊杰
高鹏飞
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Abstract

本发明提供一种抑制EMI干扰的方法,其具体实现过程为:设置硬件部分;设置软件部分;设计线路板部分;设置屏蔽结构;设置电源线滤波:在电缆的端口上安装滤波器,即信号滤波器;设置电路的接地的方式。该一种抑制EMI干扰的方法和现有技术相比,同时解决整机系统和开关电源的EMI,抑制传导发射和辐射发射的难题,实用性强,适用范围广泛。

Description

—种抑制EMI干扰的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及计算机电磁干扰屏蔽技术领域,具体的说是一种实用性强、抑制EMI干扰的方法。
背景技术
[0002] 电磁干扰(Electromagnetic Interference简称EMI),直译是电磁干扰。这是合成词,我们应该分别考虑"电磁"和"干扰"。是指电磁波与电子元件作用后而产生的干扰现象,有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络,在高速PCB及系统设计中,高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源,能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。
[0003] 所谓“干扰”,指设备受到干扰后性能降低以及对设备产生干扰的干扰源这二层意思。第一层意思如雷电使收音机产生杂音,摩托车在附近行驶后电视画面出现雪花,拿起电话后听到无线电声音等。
[0004] 现有技术的电子设备中都对电磁干扰作出不同方式的屏蔽,但是屏蔽效果都不够全面,而且屏蔽效果一般,尤其是计算机设备中,计算机设备中的主板、电源线等都是产生电磁干扰的主要来源,基于此,现提供一种针对计算机、有效抑制EMI干扰的方法。
发明内容
[0005] 本发明的技术任务是解决现有技术的不足,提供一种实用性强、抑制EMI干扰的方法。
[0006] 本发明的技术方案是按以下方式实现的,该一种抑制EMI干扰的方法,其具体实现过程为:
设置硬件部分:在系统主板上,滤波电容使用穿心电容器或支座电容器;电阻采用电阻器;滤波器采用若干小电感组成;电源变压器在设置静电屏蔽,屏蔽壳体和变压器壳体都接地;电源模块的开关管两端则设置吸收电路,该吸收电路吸收电源模块的EMI ;
设置软件部分:首先将总噪声、共模噪声和差模噪声数据读入计算机中,接着对EMI噪声数据进行去噪和频谱分析、复现,然后将其与EMC标准进行对照以判断是否符合若符合标准要求软件输出电磁兼容测试报告,反之重新进行EMI滤波器设计;
设计线路板部分:拉大高速信号和模拟信号之间的距离,或加ound guard/shunttraces在模拟信号旁边;并采用数字地对模拟地的噪声干扰;
设置屏蔽结构:设置屏蔽罩,该屏蔽罩内置垫片;
设置电源线滤波:在电缆的端口上安装滤波器,即信号滤波器;
设置电路的接地的方式:设置不同信号的接地线,这里的地线包括:
数字地:各种开关量信号的零电位; 模拟地:各种模拟量信号的零电位;
信号地:为传感器的地;
交流地:交流供电电源的地线;
直流地:直流供电时电源的地;
屏蔽地:防止静电感应和磁场感应;
所述吸收电路包括在开关管两端并接的RC吸收电路、在开关管两端并接RCD吸收电路、与该开关管两端分别串接的可饱和磁芯线圈的线路和LLC串联谐振电路,
所述RC吸收电路是指一电容与一电阻串联后再并联在该开关管的两端;
所述RCD吸收电路是指一个电阻与一个二极管并联后再与一个电容串联,最后并联到开关管的两端;
所述可串接磁芯线圈的线路包括相互并联的三条线路:第一条包括一个电容;第二条包括相互串联的二极管和电感线圈;第三条包括一并联电路、与该并联电路串联的另一电感线圈,该并联电路包括一个电容、一个电阻和一个二极管,该电容、电阻相互串联后与该二极管相互并联;
所述LLC串联谐振电路包括连接输入端的主开关Q1,该主开关Ql的输出端分成两路,一路经电容CS、电感LS后接入励磁电感Lm的一端,另一路经主开关Q2后接入上述励磁电感Lm的另一端。
[0007] 当屏蔽罩或垫片由涂有导电层的塑料制成时,添加一个EMI衬垫在两者之间;当屏蔽罩或垫片由金属制成,则在喷涂抛光材料前加一个衬垫把垫片表面包住,这里的衬垫是指导电膜或卷带;当垫片的两边都使用卷带包覆时,则用机械固件对EMI衬垫进行紧固,这里的机械固件包括螺钉、螺栓。
[0008] 本发明与现有技术相比所产生的有益效果是:
本发明的一种抑制EMI干扰的方法可同时解决整机系统和开关电源的EMI干扰,抑制系统和电源模块的EMI的技术难题,实用性强,适用范围广泛,易于推广。
附图说明
[0009] 附图1是本发明的RC电路图。
[0010] 附图2为本发明的RCD电路图。
[0011] 附图3为本发明的可宝盒磁芯线圈电路图。
[0012] 附图4为本发明的LLC串联谐振电路图。
具体实施方式
[0013] 下面结合附图对本发明的一种抑制EMI干扰的方法作以下详细说明。
[0014] 本发明提供一种抑制EMI干扰的方法,其具体实现过程为:
设置硬件部分:a、针对系统主机板来说,选择带外特性和电路装配技术的电磁元件。因为远离基频的元件响应特性决定带外响应(例如引线长度)和不同电路元件之间互相耦合的程度。该方法的具体设计标准为:
(I)在高频时,优先选用引线电感小的穿心电容器或支座电容器来滤波。(2 )在使用引线式电容时,应考虑引线电感对滤波效率的影响。(3)铝电解电容器可能发生几微秒的暂时性介质击穿,因而在纹波很大或有瞬变电压的电路里,应该使用固体电容器。(4)使用寄生电感和电容量小的电阻器。片状电阻器可用于超高频段。(5)大电感寄生电容大,为了提高低频部分的插损,应使用若干小电感组成的多节滤波器。(6)使用磁芯电感要注意饱和特性,特别要注意高电平脉冲会降低磁芯电感的电感量和在滤波器电路。(7)尽量使用屏蔽的继电器并使屏蔽壳体接地。(8)选用有效地屏蔽、隔离的输入变压器。(9)用于敏感电路的电源变压器应该有静电屏蔽,屏蔽壳体和变压器壳体都应接地。(10)设备内部的互连信号线必须使用屏蔽线,以防它们之间的骚扰耦合。(11)为使每个屏蔽体都与各自的插针相连,应选用插针足够多的插头座。
[0015] 针对开关电源模块来说,di/dt和dv/dt是开关电源模块自身产生电磁干扰的关键因素,减小其中的任何一个都可以减小开关电源中的电磁干扰。由上述可知,di/dt和dv/dt主要是由开关管的快速开关以及二极管的反向恢复造成的。所以如果要抑制开关电源中的EMI就必须解决开关管的快速开关及二极管的反向恢复所带来的问题。
[0016] 采取吸收装置的电路设计,可采用如附图1、图2、图3、图4所示的电路设计:所述吸收电路包括在开关管两端并接的RC吸收电路、在开关管两端并接RCD吸收电路、与该开关管两端分别串接的可饱和磁芯线圈的线路和LLC串联谐振电路。
[0017] 所述RC吸收电路是指一电容与一电阻串联后再并联在该开关管的两端;
所述RCD吸收电路是指一个电阻与一个二极管并联后再与一个电容串联,最后并联到开关管的两端;
所述可串接磁芯线圈的线路包括相互并联的三条线路:第一条包括一个电容;第二条包括相互串联的二极管和电感线圈;第三条包括一并联电路、与该并联电路串联的另一电感线圈,该并联电路包括一个电容、一个电阻和一个二极管,该电容、电阻相互串联后与该二极管相互并联;
所述LLC串联谐振电路包括连接输入端的主开关Q1,该主开关Ql的输出端分成两路,一路经电容CS、电感LS后接入励磁电感Lm的一端,另一路经主开关Q2后接入上述励磁电感Lm的另一端。
[0018] 在该可饱和磁芯线圈的线路中,二次整流回路中,与整流二极管D串接可饱和磁芯的线圈,可饱和磁芯线圈在通过正常电流时磁芯饱和,电感量很小,不会影响电路正常上作。一旦电流要反向时,磁芯线圈将产生很大的反电动势,阻止反向电流的上升。因此,将它与二极管D串联就能有效地抑制二极管D的反向浪涌电流。
[0019] 在LLC串联谐振电路中两个主开关Ql和Q2构成一个半桥结构,其驱动信号是固定50%占空比的互补信号,电感Ls、电容Cs和变压器的励磁电感Lm构成一个LLC谐振网络。LLC串联谐振可以降低主开关管上的EMI,把电磁辐射干扰EMI减至最少。
[0020] 设置软件部分:该方法首先将总噪声、共模噪声和差模噪声数据读入计算机中,接着对EMI噪声数据进行去噪和频谱分析、复现,然后将其与EMC标准进行对照以判断是否符合若符合标准要求软件输出电磁兼容测试报告反之需进行EMI滤波器设计,并对滤波后的噪声抑制效果与EMC标准进行对比判断如符合标准则输出测试报告否则需重新进行滤波器设计。
[0021] 设计线路板部分:避免高频干扰的基本思路是尽量降低高频信号电磁场的干扰,也就是所谓的串扰Crosstalk。首先用拉大高速信号和模拟信号之间的距离,或加oundguard/shunt traces在模拟信号旁边。其次采用数字地对模拟地的噪声干扰。
[0022] 设置屏蔽结构:对屏蔽罩内对垫片进行正确设计。垫片系统:重要因素是压缩,压缩能在衬垫和垫片之间产生较高导电率。衬垫和垫片之间导电性太差会降低屏蔽效率。确保导通性首先要保证垫片表面平滑、干净并经过必要处理以具有良好导电性,这些表面在接合之前必须先遮住;另外屏蔽衬垫材料对这种垫片具有持续良好的粘合性也非常重要。导电衬垫的可压缩特性可以弥补垫片的任何不规则情况。所有衬垫都有一个有效工作最小接触电阻,设计时可以加大对衬垫的压缩力度以降低多个衬垫的接触电阻。建议最小接触面范围内,两个相向凹点之间的压力应足以确保衬垫和垫片之间具有良好的导电性。另一方面,对衬垫的压力不应大到使衬垫处于非正常压缩状态,因为此时会导致衬垫接触失效,并可能产生电磁泄漏。与垫片分离的要求需要确保垫片具有足够的硬度,以免在垫片紧固件之间产生较大弯曲。在某些情况下,可能需要另外一些紧固件以防止外壳结构弯曲。压缩性也是转动接合处的一个重要特性。如果屏蔽罩或垫片由涂有导电层的塑料制成,则添加一个EMI衬垫。如果屏蔽罩或垫片结构是金属的,那么在喷涂抛光材料之前可加一个衬垫把垫片表面包住,只需用导电膜和卷带即可。若在接合垫片的两边都使用卷带,则可用机械固件对EMI衬垫进行紧固,这里的机械固件包括螺钉、螺栓。
[0023] 设置电源线滤波:当干扰频率较高时,使用低通滤波器,当干扰频率较低时,使用高通滤波器,当信号频率的带宽较窄,而干扰的带宽较宽时,使用带通滤波器,当干扰信号的带宽较窄时,使用带阻滤波器。信号线电源线滤波模块这个模块的作用介绍,当一台屏蔽十分严密的设备还是不能满足电磁兼容指标的要求。
[0024] 机箱内的干扰通过空间感应到电缆上,在电缆上产生了电流,这个电流流到机箱外部,并产生二次辐射,导致设备产生超标辐射发射。同样,机箱外部的电磁波干扰感应到电缆上,在电缆上产生的电流流进机箱,产生二次辐射,对机箱内的电路造成干扰。解决这个问题的最有效方法是在电缆的端口上安装滤波器,这就是信号滤波器。
[0025] 设置电路的接地的方式:正确进行接地设计、安装还要正确进行各种不同信号的接地处理。控制系统中,有以下几种地线:1)数字地:也叫逻辑地,是各种开关量(数字量)信号的零电位。2)模拟地:是各种模拟量信号的零电位。3)信号地:通常为传感器的地。4)交流地:交流供电电源的地线,这种地通常是产生噪音的地。5)直流地:直流供电时电源的地。6)屏蔽地:也叫机壳地,为防止静电感应和磁场感应而设。
[0026] a、频率在IMHz以下可用一点接地;高于1MHz时,采用多点接地;在I〜1MHz之间可用一点接地,也可用多点接地。
[0027] b、交流地与信号地不能共用。由于在一段电源地线的两点间会有数mV甚至几V电压,对低电平信号电路来说,这是一个非常重要的干扰,因此必须加以隔离和防止。
[0028] C、浮地与接地的比较。将机壳接地,其余部浮空。这种方法抗干扰能力强,安全可
O
[0029] d、模拟地。模拟地的接法十分重要。为了提高抗共模干扰能力,对于模拟信号可采用屏蔽浮技术。
[0030] e、屏蔽地。在控制系统中为了减少信号中电容稱合噪声、准确检测和控制,对信号采用屏蔽措施是十分必要的。根据屏蔽目的不同,屏蔽地的接法也不一样。电场屏蔽解决分布电容问题,一般接大地;电磁场屏蔽主要避免雷达、电台等高频电磁场辐射干扰。利用低阻金属材料高导流而制成,可接大地。磁场屏蔽用以防磁铁、电机、变压器、线圈等磁感应,其屏蔽方法是用高导磁材料使磁路闭合,一般接大地为好。当信号电路是一点接地时,低频电缆的屏蔽层也应一点接地。如果电缆的屏蔽层地点有一个以上时,将产生噪声电流,形成噪声干扰源。当一个电路有一个不接地的信号源与系统中接地的放大器相连时,输入端的屏蔽应接至放大器的公共端;相反,当接地的信号源与系统中不接地的放大器相连时,放大器的输入端也应接到信号源的公共端。对于电气系统的接地,要按接地的要求和目的分类,不能将不同类接地简单地、任意地连接在一起,而是要分成若干独立的接地子系统,每个子系统都有其共同的接地点或接地干线,最后才连接在一起,实行总接地。
[0031] 另外采用该方法的优点是可同时解决整机系统和开关电源的EMI,抑制系统和电源模块的EMI的技术难题,具有较强的实用价值和现实意义。
[0032] 以上实施方式仅用于说明本发明,而并非对本发明的限制,有关技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以做出各种变化和变型,因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴,本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (3)

1.一种抑制EMI干扰的方法,其特征在于:设置硬件部分:在系统主板上,滤波电容使用穿心电容器或支座电容器;电阻采用电阻器;滤波器采用若干小电感组成;电源变压器在设置静电屏蔽,屏蔽壳体和变压器壳体都接地;电源模块的开关管两端则设置吸收电路,该吸收电路吸收电源模块的EMI ; 设置软件部分:首先将总噪声、共模噪声和差模噪声数据读入计算机中,接着对EMI噪声数据进行去噪和频谱分析、复现,然后将其与EMC标准进行对照以判断是否符合若符合标准要求软件输出电磁兼容测试报告,反之重新进行EMI滤波器设计; 设计线路板部分:拉大高速信号和模拟信号之间的距离,或加ound guard/shunttraces在模拟信号旁边;并采用数字地对模拟地的噪声干扰; 设置屏蔽结构:设置屏蔽罩,该屏蔽罩内置垫片; 设置电源线滤波:在电缆的端口上安装滤波器,即信号滤波器; 设置电路的接地的方式:设置不同信号的接地线,这里的地线包括: 数字地:各种开关量信号的零电位; 模拟地:各种模拟量信号的零电位; 信号地:为传感器的地; 交流地:交流供电电源的地线; 直流地:直流供电时电源的地; 屏蔽地:防止静电感应和磁场感应。
2.根据权利要求1所述的一种抑制EMI干扰的方法,其特征在于:所述吸收电路包括在开关管两端并接的RC吸收电路、在开关管两端并接RCD吸收电路、与该开关管两端分别串接的可饱和磁芯线圈的线路和LLC串联谐振电路, 所述RC吸收电路是指一电容与一电阻串联后再并联在该开关管的两端; 所述RCD吸收电路是指一个电阻与一个二极管并联后再与一个电容串联,最后并联到开关管的两端; 所述可串接磁芯线圈的线路包括相互并联的三条线路:第一条包括一个电容;第二条包括相互串联的二极管和电感线圈;第三条包括一并联电路、与该并联电路串联的另一电感线圈,该并联电路包括一个电容、一个电阻和一个二极管,该电容、电阻相互串联后与该二极管相互并联; 所述LLC串联谐振电路包括连接输入端的主开关Q1,该主开关Ql的输出端分成两路,一路经电容CS、电感LS后接入励磁电感Lm的一端,另一路经主开关Q2后接入上述励磁电感Lm的另一端。
3.根据权利要求1所述的一种抑制EMI干扰的方法,其特征在于:当屏蔽罩或垫片由涂有导电层的塑料制成时,添加一个EMI衬垫在两者之间;当屏蔽罩或垫片由金属制成,则在喷涂抛光材料前加一个衬垫把垫片表面包住,这里的衬垫是指导电膜或卷带;当垫片的两边都使用卷带包覆时,则用机械固件对EMI衬垫进行紧固,这里的机械固件包括螺钉、螺栓。
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