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- 陶显芳老师谈电磁干扰与电磁兼容(九)
陶显芳老师谈电磁干扰与电磁兼容(九)
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Alax
- LV6工程师
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| 2013-12-17 11:49:54
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中心议题：
解决方案：
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为了减少电磁辐射的有效辐射面积，整流二极管、电源滤波电容必须紧靠开关电源变压器的次级
-
电源滤波电容的地更应该就近与变压器次级的地连接
-
PCB板上还要做到一点接地，即：在这两个接地点之间不要插入其它的接地点
-
为了减少电磁辐射，要尽量减少电源输入回路以及功率输出回路的面积
-
对于功放的供电回路，减少电磁辐射面积最好的方法，是把电源直接接到功放电源输入脚的两端
-
输入信号的输入地线与信号输入线要尽量要靠近，并且要平行一起走
地线对EMC的影响
很多人都认为，电路中的地线或接地电路都是不带电的，实际上，这种认为是错误的。在一般的直流电路或低频电路中，当不考虑电磁感应时，可以认为电路中的地线或接地电路是不带电的，但在存在电磁感应的电路中，就不要轻易认为电路中的地线或接地电路是不带电的。
举个简单例子吧，谁会相信，几十万伏的高压输电线的正中心是不带电的。但事实上，由于电场的相互作用，导体中的电荷分布主要都是集中在导体的外表面，而导体的中心电荷几乎为0，所以带电导体的中心是不带电的。这个原理可以用验电器在一个带电空心金属球的中心进行测试作证明，在一个带电空心金属球的中心电场强度的确为零，从而也可证明带电导体中心的电场强度为零，即不带电。
在具有电磁感应的电路中，无论电路是否闭合回路，或者是开路，在与电场方向一致的导体中都会产生位移电流，无论是导体或者是绝缘体在电场中都会产生极化带电；当电场的方向不断改变时，电流的方向也会跟随电场的方向改变而改变，电流将一会儿向前跑，一会儿向后跑。导体被极化带电的过程，可参考图12中的天线被极化的过程。另外，磁感应也会使导体或电路产生感应电动势，使导体或电路带电。
一个被充满电的电容器，它的两个电极就是带电体，一端带正电，另一端带负电，而真正不带电的地方是在电容器的中间；同理，一个被感应的变压器次级线圈，它的两个输出端口也会带电，而真正不带电的地方只有在变压器线圈的中间抽头处。严格来说，只有电位为零的物体，我们才能称它不带电；或者说，只要电位不为零的物体我们都应该称它为带电体。但这样一来，我们实际中接触到很多的具体电路就只能用等效电路来表示了，所以，有时把问题太复杂化了也不好，但过于简单有时也会把实质性的问题给掩盖住了。
一只小鸟，如果它站在电视发射天线的中间，它一般是不会产生触电危险的，但如果它站在电视发射天线的某一端，它可能会立刻被电死。这说明发射天线的中间是不带电的，而发射天线的两端都是带电的。但为什么小鸟站在几十万伏的高压线上，它没有被触电，而站在只有几十伏电压的发射天线的某一端上却会被电死呢？这就是电磁感应的性质，微波炉就是根据电磁感应原理制造的。
小鸟站在高压线上没被电死的原因，是因为小鸟的电容很小，虽然几十万伏的高压对它来回充放电，电流很小（i = C●dv/dt）；而小鸟站在发射天线的某一端，因为发射天线电压信号的频率很高，电容来回充放电的电流很大，因此，小鸟很容易会被电死。
由此可知，如果把多个不是真正零电位的电路或带电体互相连接在一起，接点处将会出现电流。比如，三相变压器的中线一般都接地，当三相电源负载不平衡的时候，接地处就会产生电流；又如，把变压器次级线圈的一端接地，接地端也会产生电流，而电流的大小与变压器次级线圈的电容有关，与工作频率也有关，与输出电压也有关。
在进行电路设计的时候，对地线的连接和处理一定要特别慎重，否则将会出现严重的地线干扰。这里再次指出，一般电路中的地，不是大地，其电位并不等于零，它只不过是一根公共连接线，当它没有与大地连接时，我们更不应该把它看成地线。理想的地线应该是，电位处处为零，即：在理想的地线中是没有电流流动的，如果导体中有电流流动，我们就不能把它当成地线。
下面我们以图18为例来分析地线对EMC产生的影响。图18中Q1表示开关电源，T1为开关变压器，D1为整流二极管，C1、C2、C3为滤波电容器，A1为功率放大器，S1为功率放大器输入信号，R1为功率放大器输出负载，G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7、G8为各个器件的地；Ui表示整流输出电压，Uo表示经过滤波后的输出电压。
我们先来看G1，G1是开关电源变压器次级的地，这个G1地的电位不是0，变压器次级真正的0电位是在变压器次级线圈的中心抽头处，如果变压器次级线圈的两个端子不接成回路，它相当于一个振子天线；如果把G1与大地相接，哪怕变压器次级线圈的另一端不与其它电路连接，G1也会产生地电流，并且变压器次级线圈热端的电位会升高一倍，其工作原理与广播电台的中波发射天线的工作原理很类似。
变压器输出电压经二极管D1整流后为脉动直流，脉动直流含有非常丰富的高频谐波，不能直接向功率放大器供电，必须要经过储能滤波，使脉动直流变成一种纹波很小的直流后，再给功率放大器供电。
中心议题：
解决方案：
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为了减少电磁辐射的有效辐射面积，整流二极管、电源滤波电容必须紧靠开关电源变压器的次级
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电源滤波电容的地更应该就近与变压器次级的地连接
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PCB板上还要做到一点接地，即：在这两个接地点之间不要插入其它的接地点
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为了减少电磁辐射，要尽量减少电源输入回路以及功率输出回路的面积
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对于功放的供电回路，减少电磁辐射面积最好的方法，是把电源直接接到功放电源输入脚的两端
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输入信号的输入地线与信号输入线要尽量要靠近，并且要平行一起走
地线对EMC的影响
很多人都认为，电路中的地线或接地电路都是不带电的，实际上，这种认为是错误的。在一般的直流电路或低频电路中，当不考虑电磁感应时，可以认为电路中的地线或接地电路是不带电的，但在存在电磁感应的电路中，就不要轻易认为电路中的地线或接地电路是不带电的。
举个简单例子吧，谁会相信，几十万伏的高压输电线的正中心是不带电的。但事实上，由于电场的相互作用，导体中的电荷分布主要都是集中在导体的外表面，而导体的中心电荷几乎为0，所以带电导体的中心是不带电的。这个原理可以用验电器在一个带电空心金属球的中心进行测试作证明，在一个带电空心金属球的中心电场强度的确为零，从而也可证明带电导体中心的电场强度为零，即不带电。
在具有电磁感应的电路中，无论电路是否闭合回路，或者是开路，在与电场方向一致的导体中都会产生位移电流，无论是导体或者是绝缘体在电场中都会产生极化带电；当电场的方向不断改变时，电流的方向也会跟随电场的方向改变而改变，电流将一会儿向前跑，一会儿向后跑。导体被极化带电的过程，可参考图12中的天线被极化的过程。另外，磁感应也会使导体或电路产生感应电动势，使导体或电路带电。
一个被充满电的电容器，它的两个电极就是带电体，一端带正电，另一端带负电，而真正不带电的地方是在电容器的中间；同理，一个被感应的变压器次级线圈，它的两个输出端口也会带电，而真正不带电的地方只有在变压器线圈的中间抽头处。严格来说，只有电位为零的物体，我们才能称它不带电；或者说，只要电位不为零的物体我们都应该称它为带电体。但这样一来，我们实际中接触到很多的具体电路就只能用等效电路来表示了，所以，有时把问题太复杂化了也不好，但过于简单有时也会把实质性的问题给掩盖住了。
一只小鸟，如果它站在电视发射天线的中间，它一般是不会产生触电危险的，但如果它站在电视发射天线的某一端，它可能会立刻被电死。这说明发射天线的中间是不带电的，而发射天线的两端都是带电的。但为什么小鸟站在几十万伏的高压线上，它没有被触电，而站在只有几十伏电压的发射天线的某一端上却会被电死呢？这就是电磁感应的性质，微波炉就是根据电磁感应原理制造的。
小鸟站在高压线上没被电死的原因，是因为小鸟的电容很小，虽然几十万伏的高压对它来回充放电，电流很小（i = C●dv/dt）；而小鸟站在发射天线的某一端，因为发射天线电压信号的频率很高，电容来回充放电的电流很大，因此，小鸟很容易会被电死。
由此可知，如果把多个不是真正零电位的电路或带电体互相连接在一起，接点处将会出现电流。比如，三相变压器的中线一般都接地，当三相电源负载不平衡的时候，接地处就会产生电流；又如，把变压器次级线圈的一端接地，接地端也会产生电流，而电流的大小与变压器次级线圈的电容有关，与工作频率也有关，与输出电压也有关。
在进行电路设计的时候，对地线的连接和处理一定要特别慎重，否则将会出现严重的地线干扰。这里再次指出，一般电路中的地，不是大地，其电位并不等于零，它只不过是一根公共连接线，当它没有与大地连接时，我们更不应该把它看成地线。理想的地线应该是，电位处处为零，即：在理想的地线中是没有电流流动的，如果导体中有电流流动，我们就不能把它当成地线。
下面我们以图18为例来分析地线对EMC产生的影响。图18中Q1表示开关电源，T1为开关变压器，D1为整流二极管，C1、C2、C3为滤波电容器，A1为功率放大器，S1为功率放大器输入信号，R1为功率放大器输出负载，G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7、G8为各个器件的地；Ui表示整流输出电压，Uo表示经过滤波后的输出电压。
我们先来看G1，G1是开关电源变压器次级的地，这个G1地的电位不是0，变压器次级真正的0电位是在变压器次级线圈的中心抽头处，如果变压器次级线圈的两个端子不接成回路，它相当于一个振子天线；如果把G1与大地相接，哪怕变压器次级线圈的另一端不与其它电路连接，G1也会产生地电流，并且变压器次级线圈热端的电位会升高一倍，其工作原理与广播电台的中波发射天线的工作原理很类似。
变压器输出电压经二极管D1整流后为脉动直流，脉动直流含有非常丰富的高频谐波，不能直接向功率放大器供电，必须要经过储能滤波，使脉动直流变成一种纹波很小的直流后，再给功率放大器供电。
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