电子工程师@@必须解决电路设计@@的@@(EMC)干扰@@问题@@

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一@@、干扰@@概述@@
1.1、干扰@@的分类@@
干扰@@的分类@@有好多种@@,通常可以按照噪声产生的原因@@、传导方式@@、波形特性等@@进行不同的分类@@。
按产生的原因分@@:可分为放电噪声音@@、高频振荡噪声@@、浪涌噪声@@。
按传导方式@@分@@:可分为共模噪声和@@串模噪声@@。
按波形分@@:可分为持续正弦波@@、脉冲电压@@、脉冲序列等@@@@。

1.2、干扰@@的耦合方式@@
干扰@@源产生的干扰@@信号是通过一@@定的耦合通道才对设备@@或系统产生作用的@@。因此@@,我们有必要看看干扰@@源和@@被干扰@@对象之间的传递方式@@。干扰@@的耦合方式@@,无非是通过导线@@、空间@@、公共线等@@@@,细分下来@@,主要有以下几种@@:

1) 直接耦合@@:这是最直接的方式@@,也是系统中存在@@最普遍的一@@种方式@@。比如@@@@干扰@@信号通过电源线@@侵入系统@@。对于这种形式@@,最有效的方法就是加入去耦电路@@。

2) 公共阻抗耦合@@:这也是常见的耦合方式@@,这种形式常常发生在@@两个电路电流有@@ 共同通路的情况@@。为了防止这种耦合@@,通常在@@电路设计@@上就要考虑@@。使干扰@@源和@@被干扰@@对象间没有公共阻抗@@。

3) 电容耦合@@:又称电场耦合或静电耦合@@。是由于分布电容的存在@@而产生的耦合@@。

4) 电磁感应耦合@@:又称磁场耦合@@。是由于分布电磁感应而产生的耦合@@。

5) 漏电耦合@@:这种耦合是纯电阻性的@@,在@@绝缘不好时就会发生@@。

二@@、常用硬件抗干扰@@技术@@
针对形成干扰@@的三要素@@,采取的抗干扰@@主要有以下手段@@。

2.1、抑制干扰@@源@@
抑制干扰@@源@@就是尽可能的减小干扰@@源的@@@@du/dt,di/dt。这是抗干扰@@设计中最优先考虑和@@最重要的原则@@,常常会起到事半功倍的效果@@。减小干扰@@源的@@du/dt主要是通过在@@干扰@@源两端并联电容来实现@@。减小干扰@@源的@@di/dt则是在@@干扰@@源回路串联电感或电阻以及增加@@续流二@@极管来实现@@。

抑制干扰@@源@@的常用措施如@@下@@:

1)继电器@@线圈增加@@续流二@@极管@@,消除断开线圈时产生的反电动势干扰@@@@。仅加续流二@@极管会使继电器@@的断开时间滞后@@,增加@@稳压二@@极管后继电器@@在@@单位时间内可动作更多的次数@@。

2)在@@继电器@@接点两端并接火花抑制电路@@@@(一@@般是@@RC串联电路@@,电阻一@@般选几@@K到几十@@K,电容选@@0.01uF),减小电火花影响@@

3)给电机加滤波电路@@,注意电容@@、电感引线要尽量短@@。

4)电路板上每个@@IC要并接一@@个@@0.01μF~0.1μF高频电容@@,以减小@@IC对电源的影响@@。注意高频电容@@的布线@@,连线应靠近电源端并尽量粗短@@,否则@@,等@@于增大了电容的等@@效串联电阻@@,会影响滤波效果@@。

5)布线时@@避免@@90度折线@@,减少高频噪声发射@@。

6)可控硅两端并接@@RC抑制电路@@,减小可控硅产生的噪声@@(这个噪声严重时可能会把可控硅击穿的@@)。

2.2、切断干扰@@传播路径@@
按干扰@@的传播路径可分为传导干扰@@和@@辐射干扰@@两类@@。
所谓传导干扰@@是指通过导线传播到敏感器件的干扰@@@@。高频干扰@@噪声和@@有用信号的频带不同@@,可以通过在@@导线上增加@@滤波器的方法切断高频干扰@@噪声的传播@@,有时也可加隔离光耦来解决@@。电源噪声的危害最大@@,要特别注意处理@@。
所谓辐射干扰@@是指通过空间@@辐射传播到敏感器件的干扰@@@@。一@@般的解决方法是增加@@干扰@@源与敏感器件的距离@@,用地线把它们隔离和@@在@@敏感器件上加屏蔽罩@@@@。

切断干扰@@传播路径@@的常用措施如@@下@@:
1)充分考虑电源对单片机的影响@@。电源做得好@@,整个@@电路的抗干扰@@就解决了一@@大半@@。许多单片机对电源噪声很敏感@@,要给单片机电源加滤波电路或稳压器@@,以减小@@电源噪声对单片机的干扰@@@@。比如@@@@,可以利用磁珠@@和@@电容组成@@π形滤波电路@@,当然条件要求不高时也可用@@100Ω电阻代替磁珠@@@@。
2)如@@果单片机的@@I/O口@@用来控制电机等@@噪声器件@@,在@@I/O口@@与噪声源之间应加隔离@@(增加@@π形滤波电路@@)。
3)注意晶振布线@@。晶振与单片机引脚尽量靠近@@,用地线把时钟区隔离起来@@,晶振外壳接地@@并固定@@。
4)电路板合理分区@@,如@@强@@、弱信号@@,数字@@、模拟信号@@。尽可能把干扰@@源@@(如@@电机@@、继电器@@)与敏感金宝博@@手机登录@@@@ (如@@单片机@@)远离@@。
6) 用地线把数字@@区与模拟区隔离@@。数字@@地与模拟地要分离@@,最后在@@一@@点接于电源地@@。A/D、D/A芯片@@布线也以此为原则@@。
7)单片机和@@大功率器件的地线要单独接地@@@@,以减小@@相互干扰@@@@。大功率器件尽可能放在@@电路板边缘@@。
8)在@@单片机@@I/O口@@、电源线@@、电路板连接线等@@关键地方使用抗干扰@@金宝博@@手机登录@@@@ 如@@磁珠@@@@、磁环@@、电源滤波器@@、屏蔽罩@@,可显著提高电路的抗干扰@@性能@@。

2.3、提高敏感器件的抗干扰@@性能@@
提高敏感器件的抗干扰@@性能@@是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰@@噪声的拾取@@,以及从不正常状态尽快恢复的方法@@。
提高敏感器件抗干扰@@性能的常用措施如@@下@@:
(1) 布线时@@尽量减少回路环的面积@@,以降低感应噪声@@。
(2) 布线时@@,电源线@@和@@地线要尽量粗@@。除减小压降外@@,更重要的是降低耦合噪声@@。
(3) 对于单片机闲置的@@I/O口@@,不要悬空@@,要接地@@或接电源@@。其它@@IC的闲置端在@@不改变系统逻辑的情况下接地@@或接电源@@。
(4) 对单片机使用电源监控及看门狗电路@@,如@@:IMP809,IMP706,IMP813,X5043,X5045等@@,可大幅度提高整个@@电路的抗干扰@@性能@@。
(5) 在@@速度能满足要求的前提下@@,尽量降低单片机的晶振和@@选用低速数字@@电路@@。
(6) IC器件尽量直接焊在@@电路板上@@,少用@@IC座@@。

2.4、其它@@常用抗干扰@@措施@@
(1)交流端用电感电容滤波@@:去掉高@@频低频干扰@@脉冲@@。
(2)变压器双隔离措施@@:变压器初@@级输入端串接电容@@,初@@、次级线圈间屏蔽层与初@@级间电容中心接点接大地@@,次级外屏蔽层接印制板地@@,这是硬件抗干扰@@的关键手段@@。次级加低通滤波器@@:吸收变压器产生的浪涌电压@@。
(3)采用集成式直流稳压电源@@:有过流@@、过压@@、过热等@@保护作用@@。
(4)I/O口@@采用光电@@、磁电@@、继电器@@隔离@@,同时去掉公共地@@。
(5)通讯线用双绞线@@:排除平行互感@@。
(6)防雷电用光纤隔离最为有效@@。
(7)A/D转换用隔离放大器或采用现场转换@@:减少误差@@。
(8)外壳接大地@@:解决人身安全及防外界电磁场干扰@@@@。
(9)加复位电压检测电路@@。防止复位不充分@@,CPU就工作@@,尤其有@@EEPROM的器件@@,复位不充份会改变@@EEPROM的内容@@。
(10)印制板工艺抗干扰@@@@:
①电源线@@加粗@@,合理走线@@、接地@@,三总线分开以减少互感振荡@@。
②CPU、RAM、ROM等@@主芯片@@@@,VCC和@@GND之间接电解电容及瓷片电容@@,去掉高@@、低频干扰@@信号@@。
③独立系统结构@@,减少接插件与连线@@,提高可靠性@@,减少故障率@@。
④集成块与插座@@接触可靠@@,用双簧插座@@@@,最好集成块直接焊在@@印制板上@@,防止器件接触不良故障@@。
⑤有条件的采用四层以上印制板@@,中间两层为电源及地@@。

如@@何提高工控设备@@的抗干扰@@能力@@?
答@@:工控设备@@的核心问题@@,就是抗干扰@@能力@@,如@@果抗干扰@@能力不够高@@,那么@@,这个设备@@就是没有多大用处@@。要提高工控设备@@的抗干扰@@能力@@,首先就是要学会正确的使用@@PLC。

1、PLC的内核电源和@@输入输出接口@@电源应该独立@@
绝大多数的用户@@,在@@设计系统电源时@@,只有一@@个电源@@,PLC的内核和@@接口@@都用这个电源@@。懂得光耦原理的人就会发现@@,这种接法@@,会把光耦旁路掉@@,也就是说@@,光耦完全没有起到隔离的作用@@,整个@@PLC完全是在@@@@“裸奔@@”,没有任何的保护能力@@,非常危险的@@!正确的做法是多加一@@个电源@@,专门只给@@PLC内核供电@@。输入输出接口@@可以共用一@@个电源@@。

2、PLC的输出口@@@@

如@@果接到感性负载@@,例如@@电磁阀@@,继电器@@等@@有线圈的负载@@,需@@ 要在@@负载两端反向加一@@个吸收二@@极管@@。具体的方法@@,可以到我们的网@@站查看产品的接线图@@。如@@果没有这个反向二@@极管@@,在@@电磁阀或继电器@@断开的瞬间@@,会产生一@@个反向电动势@@。这个反向电动势@@,和@@输出口@@的电源叠加在@@一@@起@@,会大大超过输出三极管@@(或场效应管@@)的电压承受极限@@,导致三极管击穿@@。对于反向二@@极管的参数@@,只要是电流不小于继电器@@电流@@,耐压不低于接口@@电源电压就行了@@,像@@1N4004,1N4007都没有任何问题@@。另外@@,市场上的电磁阀@@,接线如@@果标有正负极的@@,就表示里面已经有了吸收电路@@,不用外接二@@极管了@@。

3、电源的选择@@
干扰@@信号都是高频信号@@。比较典型的干扰@@信号源有变频器@@,可控硅调压电路@@。现在@@市面上的电源大多是开关电源@@,体积小@@,效率也很高@@,但是@@,最大的缺点就是@@,高频干扰@@信号可以长驱直入@@。而过去的老式电源@@,里面有个很大体积的变压器那种@@,体积大@@,效率低@@,但是@@对于高频干扰@@信号却可以很有效的抑制@@。所以@@,在@@选择内核电源时@@,应该选择老式变压器电源@@。如@@果找不到老式变压器电源@@,可以在@@开关电源前接一@@个@@1:1的隔离变压器@@,或在@@内核电源的输入端接共模线圈@@,用来阻隔高频干扰@@@@。

4、布局@@
干扰@@有@@2个途径@@:一@@是导线传导@@,二@@是空间@@辐射传导@@。

以上的@@1和@@3就可以解决导线传导的干扰@@@@。对付空间@@干扰@@@@,最有效的办法就是加屏蔽罩@@@@(千万不要以为加屏蔽罩@@是可有可无的@@)。配电柜就是个很好的屏蔽罩@@@@。但是@@屏蔽罩@@对于来自内部的干扰@@却束手无策@@。由于继电器@@甚至接触器一@@般也装配在@@在@@配电柜里面@@,继电器@@在@@断开的瞬间会产生一@@个高频干扰@@@@,这个干扰@@就会通过空间@@辐射@@,干扰@@PLC的工作@@。这时候@@,就要对配电柜内部的布局@@有一@@定的要求了@@。PLC应该尽量远离@@继电器@@以及继电器@@控制的大电流电缆@@,以减少空间@@辐射干扰@@@@。如@@果干扰@@仍然严重@@,可以考虑用锡纸把@@PLC包起来@@,相当于给@@PLC单独加一@@个屏蔽罩@@@@。

看了上面的内容@@@@,有些设备@@工程师@@,会有疑惑@@:“我都这样@@(没有按照上面的要求做@@)做了几十年了@@,也没有出现什么问题呀@@”?虽然设备@@在@@工作@@,但却不是最佳状态@@,属于@@“带病工作@@”。

5、继电器@@和@@接触器的干扰@@和@@抑制措施@@
继电器@@和@@接触器都是感性负载@@,所用的干扰@@抑制措施与电磁阀所采用的措施基本相同@@。不过从小的控制用继电器@@到大负载用的接触器的容量相差很悬殊@@。对小的继电器@@或接触器@@,通常由可编程序控制器或微机直接进行控制@@,而对大容量的接触器往往需@@通过辅助继电器@@进行控制@@。一@@般情况下@@,触点容量@@30A以下者@@RC回路为@@470Ω和@@0.1μF,触点容量@@30A以上者@@,RC回路为@@470Ω和@@0.47μF。

文章来源@@:知乎@@

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