匝馋电冻技】Ｉ： ２０１８年６月２５日第３５卷第６期 Ｔｅｌｅｃｏｍ ＰｏＷｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｊｕｎ．２５，２０１８，Ｖｏ１．３５ Ｎｏ．６ ｄｏｉ：１０．１９３９９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｔｐｔ．２０１８．０６．００９ 譬 电子电路电磁抗干扰能力（ＥＭＳ）的研究 吴秋杰 （市光法雷奥（佛山）汽车照明系统有限公司，广东佛山５２８０００） 摘要：电子电路电磁抗干扰问题是电路可靠性问题中的一个重要组成部分。从电磁感应理论出发，结合相关产品设计实例， 总结在电子电路设计中提高电子产品电磁抗干扰能力和环路稳定性的方法。 关键词：电磁感应理论；电子电路电磁抗干扰能力；环路稳定性 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉ１ｉｔｙ（ＥＭＳ）Ａｂｉｌｉｔｙ ＷＵ Ｑｉｕ－ｊｉｅ （Ｉｎｃｈｉｋｉ Ｖａｌｅｏ（Ｆｏｓｈａｎ）Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｆｏｓｈａｎ ５２８０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｉｍｍｕｎｉｔｙ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ｉｓ ａ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｐｒｏｂｌｅｍｓ．Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｓｔａｒｔｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｍｂｉｎｅｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｅｓｉｇｎ ｅｘａｍｐｌｅｓ ｔｏ ｓｕｍｍａｒｉｚｅ ｈｏｗ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｉｍｍｕｎｉｔｙ ａｎｄ ｌｏｏｐ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｉｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｅｓｉｇｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ；ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｍｍｕｎｉｔｙ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｉｒｃｕｉｔｓ；ｌｏｏｐ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ０引 言 电路设计中，技术上通常需要解决三大问题：电 子元器件散热问题、可靠性问题以及印刷电路板的布 线空间问题。电磁兼容问题是电路可靠性问题的一个 重要组成部分。电磁兼容又分为电磁干扰（ＥＭＩ）和 电磁耐受（ＥＭＳ）。电磁耐受是考查电子电路在受到 不同干扰情况下的可靠性情况。提高电子产品的电磁 耐受能力，通常有两种途径：一是减少电子产品接收 到的电磁干扰；二是提高产品控制系统的稳定性。下 面将从这两个方面展开讨论。 闭合回路的面积越大，感应电动势越大；反之，则越小。 对于确定的回路，感应电流ｉ越大，电路所受到的电磁 干扰越大。因此，实际产品设计中，应该尽量减少线 路环路的面积，尽可能减少产品环路上的感应电流， 从而将电路受到的电磁干扰减到最少。 电路板 １ 电磁干扰的产生 首先介绍迈克尔．法拉第电磁感应定律［】】。当变 化的闭合电路的磁通量发生变化时，闭合电路中就有 电流产生，有： 图１电磁干扰产生过程 ￡：一 。 ｍ ：一ｆ｛ａｆ ：Ａｉ×Ｒ ｔ ｆ１ ～ ２环路稳定性判据 要考察某产品能否经得住各种电磁干扰的考验， 最主要是考查该产品电路中的环路是否可靠。也就是 说，要考查电路中的控制环路的稳定性。电路的环路稳 定性又将很大程度地决定电路的电磁抗干扰能力。因 此，在验证电路的电磁抗干扰能力时，一定要看控制 环路是否稳定。根据系统稳定性理论，在复平面中 】， 若电路注入的干扰为ｒ（ ，那么应有： ｒ（ｔ）＝ｅＳｔ＝ｅａｔ￣ｅ ｊｍｔ （２） ＝其中￡为感应电动势， 为磁通量， 为磁感应 强度， 为垂直通过磁通量的面积，Ａ ｉ为感应电流元。 在实际产品设计中，有些感应电流是有用的，如变压 器初、次级能量的转递，没有这个感应电流就不可能 实现变压器初、次级能量的传递【３】；而有些感应电流 则是有害的，如电子产品接收到的电磁干扰绝大多数 是有害的，会对电路的稳定性和可靠性构成严重威胁， 导致产品出现工作异常。由图１可知，当有变化磁场 通过电路板上大大小小的闭合环路面积元时，这些大 小不等的闭合环路将产生大小不等的感应电流元△ｆ， 感应电流Ａ ｉ就是电磁干扰。当干扰的磁场一定的情况 下，感应电动势与电路中闭合的回路面积成正比关系。 收稿日期：２０１８－０３—２９ 州ＣＯ （３） 作者简介：吴秋杰（１９８２一），男，汉族，广东茂名人。本科 电子设计工程师，主要研究方向为汽车灯电路驱动设计。 如图２所示，当仃＞０时，因为量值ｒ（０会无限增长， 所以环路将出现不稳定。 如图３所示，当ａ＝０时，因为量值 虽不会无 限增长，但也不会收敛到０，环路临界稳定。 如图４所示，当盯＜０时，因为量值ｒ（ 随着ｔ趋 向无穷大减小为０，环路响应减ｄ，Ｎ ０，因而环路是稳 定的。 通馋屯潦枝】－： ２０１８年６月２５日第３５卷第６期 一一一×ｓ Ｉ Ｉ Ｉ （ａ）不稳定极点位置 （ｃ）极点实部相对时间的响应曲线 图２不稳定的系统图示 Ｉｍ Ｓ： ： ∞ （ａ）临界稳定极点位置 Ｉｍ （ｂ） ０ Ｒｅｋ（ｔ）】 ｆ／ｌ／Ｉ ｆ／ｆ／ｆ． （ｃ）极点实部相对时间的响应曲线 图３临界稳定系统图示 ·２２· Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｊｕｎ．２５，２０１８，Ｖｏ１．３５ Ｎｏ．６ Ｓ 一一 Ｉ （ａ）稳定极点位置 ，， · ， ，． ．、： ， 、 ，、， 、 ，＇～ －＿ （ｂ）ｒ（０ Ｒｅ ｆ）】 ｆ、’、 ～一 ，，一，（ｃ）极点实部相对时间的响应曲线 图４稳定系统图示 因此，要看一个环路是否稳定，关键是看极点是 落在复坐标的左边还是右边。如果极点位于复平面的 左边，环路是稳定的；如果极点心位于右半平面环路， 则是不稳定的。 工程上，通常用相位和增益来量化和判断环路的 稳定性［６】。同时定义： （１）当相移 ≠０时，环路的增益余量要大于 １０ ｄＢ，即： １ｌ， Ｇｖ（ｄＢ）＝２０１ｇ，￣ ｏｕｔ一 ，（４） Ｖｉｎ （２）当增益Ｇｖ＝０时，环路的相移余量△ 要大 于４５。。 同时满足上面条件时，则认为产品的控制环路是 稳定和可靠的。以上就是工程上判断产品工作稳定性 的方法之一。 ３应用实例分析 图５为某高位刹车灯三极管恒流电路【４Ｊ。由于布 局，控制三极管Ｏ 、Ｏ 和Ｑ３不能同时先靠得很近， 导致其环路面积很大，容易受到电磁干扰而造成整个 环路的不稳定。 用示波器监测发现，输出电流出现掉落情况，说 明电路板受到电磁干扰，环路不稳定，测试不能通过。 为了减少环路面积，增加一个控制三极管Ｑ ，使三极 管Ｏ，和Ｑ 分开控制。如图６所示，可通过使Ｑ，和Ｑ 分别与Ｑ 与Ｏ 靠近，从而减少环路１和环路２的控 通缱电凉 ｜｜： 吴秋杰：电子电路电磁抗干扰能力 （ＥＭＳ）的研究 Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２（１１８年６月２５ Ｆ＿｛第３５卷第６驯 Ｊｕｎ．２５，２０１８，Ｖｏ１．３５ Ｎｏ．６ 制面积，从源头上减少耦合到电路板上的电磁干扰， 增强环路的可靠性。 控制芯片造成芯片的工作不稳定。由于结构的关系， 环路大小不能改变，只能通过其他方法去掉干扰。于是， 尝试在靠近芯片Ｕ 的ＣＳ脚处增加了一个大小为１０ ｎＦ 的高频滤波电容，使电磁干扰在进入芯片前被清除。 图５高位刹车灯电路及布线情况 图７产品的电磁干扰走向分析 在对产品进行改动后，产品震荡不再出现，顺利 通过了测试，证实了电磁干扰在进入环路后其传播路 径的正确性。 ４结论 提高电子产品ＥＭＳ的方法还有很多，如在敏感电 路模块加金属屏蔽罩的方法【２】，也是一种非常有效解 决ＥＭＳ的方法之一。但是，通过“减少控制环路面积” 和“增强控制环路的稳定性”的方法是性价比最高的、 较为廉价的两种方法，为工程师在今后进行电子产品 设计提供了明确的方向和方法指导，从而可将电磁干 扰问题解决在设计早期，从源头上减少ＥＭＳ的问题发 生率，提高产品的可靠性和稳定性，降低产品的设计 成本投入，提高其经济效益。 图６调整后的电路 参考文献： ［１】陈俊，皇甫泉生，严非男．大学物理基础（下）［Ｍ］．北京： 清华大学出版社，２０１７． 【２】刘顺华．电磁波屏蔽与吸波材料【Ｍ】．北京：化学工业出 版社，２０１４． 上面是环路大小允许改变的情况下提高电磁抗干 扰能力的方法。在大多数设计中，由于客观因素的制约， 控制环路大小多是不能随意改动的。如图７所示，某 远光灯的ＢＵＣＫ方案。做ＲＪ测试时发现，产品在２．７ ～３Ｇ频段出现闪烁现象，用光电探头监测可见该频段 有明显的震荡现象。由于干扰源是空间干扰，电磁干 扰从任何环路进入产品都是有可能的。依据系统稳定 性理论，如果系统是稳定的，那么在施加干扰的情况 下随着时间的推移环路的响应必将减少为零。因此， 在反馈回路上的芯片ｕ。的ＣＳ脚及Ｑ。同时直接施加一 定的频率干扰时。通过监测发现，输出电压及反馈同 时出现掉落现象，说明可能有高频干扰通过环路进入 ［３】符果行．电磁场 ｑ电磁波基础教程［－Ｍ】．第３版．北京： 电子工业出版社，２０ｌ６． 【４】罗桂娥．模拟电子技术【Ｍ】．北京：中国水利水电出版社， ２Ｏｌ４． 【５］ （美）Ｓａｄｉｋｕ Ｍ Ｎ Ｏ．应用电路分析［Ｍ】．北京：机械工 业出版社，２０１４． 【６】Ｍｕｈａｍｍａｄ Ｈ Ｒ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ［Ｍ］． Ｓｅｃｏｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，２０ｌ７． － ２３ ·
