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8.12 带防雷功能的EMC滤波电路-2 在PCB板上直接设置放电间隙,代替放电管,也是一种很好的方法。放电管的优点是放电电压可以选择得比较低,但放电管的成本比较高,并且放电管的残流电压过低还会容易使输入电压短路。在PCB板上设置放电装置的缺点是放电电压基本是固定的,放电电压相对比较高(6000Vp以上),但通过后续电路继续进行抑制,浪涌脉冲电压会逐步降低,而PCB放电间隙的放电电流可以做得很大,基本不存在残留电压低对输入短路的问题。 200 8.13 对变压器初次级加静电屏蔽 雷电产生的瞬间静电高压脉冲会很容易对MOS电路造成损坏,在变压器初、次级线圈之间加静电屏蔽是保护MOS电路的最好方法。屏蔽金属膜最好接大地,如果无大地可接,次好的方法是,把屏蔽金属膜接到变压器次级线圈紧靠初级线圈的一端(引脚必须接冷地),这样就相当于在开关变压器的冷、热地之间接了一个电容,此电容与大地之间的电容会对共模电压进行分压,使共模电压降低。 在前后级供电的连接线路中加磁环,也是对ESD防护的好方法。磁环相当于一个电感,它可以降低ESD放电的速度,通过分压可以大大降低M1、M2电容(IC器件的输入端电容)的电压幅度,使MOS电路得以保护。 201 9. EMI辐射测量原理 电子设备产生电磁辐射的时候,在其周边就会存在交变电磁场,位于交变电磁场中的导体会产生感应电动势,并在导体中产生位移电流,如何把感应电动势或位移电流取出来进行分析,这是一个测量方法问题。上图采用单极子天线来对共模辐射信号进行测量(与GTEM小室(又称吉赫芝横电磁波室)的工作原理有点相似)。但在实际应用中,一般都采用双极子天线,双极子天线属于谐振式天线,当测试信号的频率正好等于天线的谐振频率时,天线有很高的增益,其缺点是需要配备很多不同频率的接收天线。 共模辐射是EMI辐射中最严重的一种干扰。 此图为共模辐射测量工作原理图,C1、C2为分布电容,V1为频谱仪或示波器,或带检波头的其它测量仪器。 202 9.1 自制EMI辐射测试天线 标准测试应该在电磁暗室中进行 自制EMI辐射测试天线 (此天线为电、磁组合天线,可用双面PCB板制作) 先用自制天线对辐射干扰进行测试,两者可以进行对比试验,待对试验结果认为满意后再送正式测试,可大大降低开发成本。自制天线为电、磁复合天线。磁场电线主要接收信号频率的低端,电场天线主要接收频率的高端。 203 9.1.1 用自制天线对EMI辐射进行测试 自制天线用双面PCB板制作,一面为螺旋线圈天线,另一面为半波振子天线。 螺旋线圈天线为磁场接收天线,我们可以把它看成是变压器的次级线圈,而初级线圈就是被测试电子产品中的高频电流回路,主要用来接收150KHz~5MHz的磁场辐射信号,这种天线的灵敏度比较高,这种天线用来接收频率较低的干扰信号性能特别优越,如要接收较高频率的干扰信号,则要减少螺旋线圈的匝数,以减小线圈的分布电容。 半波振子天线主要用来接收频率较高的干扰信号,当天线两个振子的长度正好等于接收信号的半个波长时,天线会产生谐振,这时天线的接收灵敏度为最高,天线的增益比工作在非谐振状态高出好几倍。为了提高灵敏度,最好多做几组不同工作频率的振子天线。 一般某个电子产品(主要是开关电源)EMI干扰超标的地方只有一两个频率点,自制测试天线只需针对某一两个频率点进行测量,并进行技术改进即可,有了测试天线,才能进行对比试验,不断提高产品的EMC质量水平。 测试仪器最好用频谱仪,也可以用高频示波器。 204 9.2 自制带检波器的EMI辐射测试天线 C1、C2为贴片高频电容,D1、D2为微波二极管,R为贴片电阻,V为数字电压表,或微安电流表。 205 振子天线也相当于是两个谐振频率不同天线的组合,目的是曾大带宽。信号在PCB板导体中传送的速度与导磁率的二分之一次方成反比,与介电常数的二分之一次方成反比。假设PCB板的介电常数为4,则信号在PCB中传送的速度大约为电磁波在真空中传播速度的二分之一。大多数PCP板的介电常数都在2~10之间。 带检波器测试电线相当于一个场强仪,使用很方便。 9.2.1. 用带检波器的测试天线对EMI辐射进行测量 自制测试天线,最好根据不同的测试频率做成一个系列,每个天线大约可以接收F0+-30%的频率范围。EMI辐射的频率范围标准要求为:30~1000MHz,但在实际测试过程中,只需测试:30~300MHz即可,因为一般开关电源的最高辐射频率到不了300MHz。 在对电子设备进行辐射干扰信号测量之前,最好先找一台已经认证合格的机器(同一型号)进行测试,然后把测试结果记录下来,把测试结果与认证合格机器的数据进行对比,并把测试结果进行规范化。 天线接收信号强度与距离的平方成反比,记录测试结果时一定要把距离也记上。
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