电磁干扰及其抑制措施的分析

摘 要 随着科技发展，电磁环境日益复杂，电磁干扰使设计成为设备设计中越来越重要的一部分，本文从电磁干扰和电磁兼容的概念起，介绍了不同耦合方式的电磁干扰分类，分析了抑制电磁干扰的几种常见方法。

关键词 电磁干扰；电磁兼容；电磁干扰的抑制

中图分类号TM92 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）120-0148-02

0引言

随着现代科技的迅猛发展，电气、电子设备在人们生活中越来越不可替代，然而人们在享受着其快速发展带来的各种便利的同时，随之而来的电磁干扰也在影响着周围的设备和环境。在实际的运行中，电力电子设备均有电磁能量转换的过程，高密度、宽频段的电磁信号使电磁环境变得复杂，强电磁干扰信号使电气、电子设备无法正常运行。电磁干扰不仅会引起周围设备工作异常、损坏，影响人体健康，甚至可能造成严重的安全事故，因此，抑制电磁干扰，提高设备电磁兼容性能，优化电磁环境成为了一项重要课题。

1电磁干扰及电磁兼容

电磁干扰EMI（Electromagnetic Interference）指各种机械、电工、电子设备所产生的电磁辐射对电流回路、仪器、系统或生命组织造成损害的电磁现象。这里主要讨论电气和电子设备产生的电磁噪声使其他电子、电气设备系统性能降低的情况。

电磁兼容EMC（Electromagnetic Compatibility）的科学定义是由 IEC 给出的： “电磁兼容是设备和系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力”。所以，设备的EMC包括两个方面的要求：其一是指设备在正常运行过程中产生的电磁干扰应在一定限值范围内；其二是指设备对所在环境中存在的电磁干扰具有一定的抵抗能力，即电磁敏感性。

2电磁干扰的三要素

发出电磁噪声的干扰源、电磁能量的传播路径及接收干扰的敏感设备构成了形成电磁干扰的三要素。

3电磁干扰的分类

电磁干扰按发生方式可分为两大类：自然干扰源与人为干扰源。自然干扰源主要来源于大气层的天电噪声、地球外层空间的宇宙噪声。人为干扰源是有机电或其他人工装置产生电磁能量干扰，其中一部分是专门用来发射电磁能量的装置称为有意发射干扰源，另一部分是在完成自身功能的同时附带产生电磁能量的发射称为无意发射干扰源。

按电磁干扰信号频谱宽度，可以分为宽带干扰源和窄带干扰源。干扰信号的带宽大于指定感受器带宽的成为宽带干扰源，反之称为窄带干扰源。

从干扰信号的频率范围来分可以把干扰源分为工频与音频干扰源（50Hz及其谐波）、甚低频干扰源（30Hz以下）、载频干扰源（10kHz-300kHz）、射频及视频干扰源（300kHz）、微波干扰源（300MHz-100GHz）。

这里为了讨论抑制措施的方便，将电磁干扰按耦合方式分为的通过传导耦合的电磁干扰和通过辐射耦合的电磁干扰作重点说明。

3.1电磁噪声传导耦合

传导耦合干扰是指电磁噪声的能量表现为电压或电流的形式，通过金属导线或其它电路元件（如电容器、电感器、变压器等）耦合到扰设备。可见其耦合需通过电路或传输线等“路”的方式，可再细分为：

1）直接传导耦合：最常见的直接传导耦合方式是电导性直接传导耦合，可将传输线根据传输信号的频率与长度的关系分为长线和短线，对长信号线必须进行终端的阻抗匹配，而短信号线可不进行。

2）公共阻抗耦合：指在干扰源回路和敏感设备回路之间存在着公共的阻抗，这个公共阻抗中流过的干扰电流会产生干扰电压，从而传导给敏感设备回路。当电路中存在公共地线和公共电源线的引线时，其中的电感作为公共阻抗，或者当不同接地点存在电压差时会造成寄生耦合。

3）共模电流和差模电流：电路中流过的电流有共模电流和差模电流两种方式，共模电流是指大小相等、方向相同的电流，差模电流是指大小相等、方向相反的电流。两种干扰电流在传输线上均可能出现，但一般而言，有用信号都是差模电流。

3.2电磁辐射耦合

电磁辐射耦合干扰是指电磁噪声的能量表现为电磁场能量的形式，通过空间辐射传播，耦合到扰设备。可见辐射耦合是通过静电场或者交变电磁场这种“场”的方式实现的，可再分为：

1）电容性耦合 ：又称静电感应或静电耦合，通过电路间电场的相互耦合作用而产生。

2）电感性耦合：又称电磁感应或电磁耦合，通过电路间的磁场的相互耦合作用而产生的。

3）电磁场耦合：干扰源既通过电场，又通过磁场耦合到扰设备。

4电磁干扰的抑制措施

常见的抑制措施主要有：屏蔽、滤波、接地和隔离等，分述如下：

1）屏蔽

屏蔽是把敏感器件或区域用某种导电材料或导磁材料制成的屏蔽体封闭起来，进行电磁隔离，从而中断或减弱电磁能传播的方法。屏蔽对辐射耦合的电磁干扰的抑制有明显效果，它既可以限制内部干扰源向外辐射电磁能量，又可以避免外部辐射噪声进入敏感设备。电磁屏蔽按其屏蔽原理可分为：

（1）电场屏蔽：主要针对电气、电子元件或设备间的电容性耦合，又分为电场屏蔽和交变电场屏蔽。通过抑制干扰源和敏感设备之间的电场耦合的屏蔽方式称为电场屏蔽。金属屏蔽体可起到屏蔽电场的作用，但是，务必保证其完善并良好地接地。

（2）磁场屏蔽：主要针对电气、电子元件或设备间的电感性耦合，磁场屏蔽分为低频磁场屏蔽和高频磁场屏蔽。通过抑制干扰源与敏感设备之间的磁场耦合的屏蔽方式称为磁场屏蔽。屏蔽措施应随着干扰频率的不同而不同，是否接地对磁场屏蔽的影响不大，但接地的同时可起到电场屏蔽的作用。屏蔽效果随着材料磁导率的升高而提高，而且材料的磁阻越小，屏蔽效果越显著。

（3）电磁屏蔽：主要用于抑制高频下的电磁感应，当电磁波在导体中传播或在表面反射时会急剧衰减，从而抑制时变电磁场的相互耦合来抑制高频电磁场的干扰。

4.2滤波

滤波是将信号回路的干扰频谱压缩， 从而减小电磁干扰的。电磁干扰滤波器能够在频谱中把与信号频谱不同的干扰信号过滤掉， 因此可以将传导干扰电平明显减小。一般来说，噪声源发出的造神信号频谱与有用信号的频谱相比要宽得多，在设备接收有用信号的同时，也会接收干扰信号，这样便产生了对设备的影响。而通过滤波器，可以把干扰信号滤除，限制接收系统的频带宽度，减少接收干扰信号，接收系统的信噪比就会明显提高。

除了用滤波器这种硬件滤波之外，对在采样以后存在于离散信号中的谐波成分可进行软件滤波，即通过一定的软件算法来实现。

由于经过高频开关等电力电子装置的整流后存在较多干扰信号，必须经过滤波器将其滤除，因而滤波广泛应用于电力电子领域。由于设备输入电源是从电网上接入的，而电网电压的波动和谐波会对设备产生不利影响，所以在电源输入端也应接入电源滤波器。可见，滤波对有用信号的选择和输入电源的优化均有重要应用。

4.3接地

电气设备中不同电路间存在着相互干扰，这就需要将不同的电路正确的接地来减少或避免电磁干扰。主要接地方式有：

1）单点接地：把某一点作为整个电路系统中接地的基准点，将其他信号的地线都连接于此点。在低频时能够抑制地阻抗干扰，而在高频时则可能造成各单元间的干扰，因此，单点接地适用于低频电路的干扰抑制。

2）多点接地：整个电路系统中所有接地点都直接连接到距最近的接地线上。总接地线应宽些，长度不宜过长，保证接地引线的长度最短。

多点接地方式相比单点接地而言，电路构成较简单，并且可明显减少高频驻波，但地线回路的增加会对低电平信号产生不利影响。故应根据信号频率的不同灵活选择接地方式，必要时还可采取混合接地方式，即两者结合应用。

4.4隔离

隔离是指将噪声源与信号进行隔离。主要有隔离地网和用光电隔离直接隔离信号。常采用方法有变压器直接耦合、隔离放大器输出、光电耦合隔离。

由于变压器的绕组间是通过交变的磁场相互联系的，因此在电路上是相互隔离的，绕组间对地的绝缘轻度决定隔离的介电强度。普通变压器绕组间加一层接地的屏蔽就构成了隔离变压器，从而克服了普通变压器绕组间寄生电容较大的缺点，提高了对高频噪声的抑制能力。

光电耦合隔离是使其输入部分的发光二极管在电流驱动状态下工作，减小干扰噪声的能量，使较高幅值的电压由于不能提供足够的电流而被抑制掉，并且光电耦合对输入回路与输出回路的耦合是在密封条件下实现的，避免了外界光的干扰。光电耦合隔离措施应用于抑制尖峰脉冲的干扰。

参考文献

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