电磁干扰的抑制

电磁干扰的抑制（精选10篇）

电磁干扰的抑制 第1篇

关键词：高中物理,开关电源,电磁干扰,抑制

开关电源的应用十分广泛, 其小型化和高频化虽然为电子设备的发展带来了很多便利, 但所产生的电磁干扰也愈发严重, 对功能发挥的影响越来越大。因此, 必须采取有效的电磁干扰抑制措施, 削弱甚至消除电磁干扰, 保证电子设备能够正常运行。

1 开关电源电磁干扰的产生原因

根据高中物理的知识学习, 我们知道在电子设备的工作过程中通电电流的传导会出现一些无用信号或电磁噪声等, 会对电路器件设备、传输通道以及系统的性能造成干扰, 这种干扰就是电磁干扰。电磁干扰的出现有很多可能的原因, 电磁干扰的的干扰源一般都是电压电流变化比较大的元器件, 包括开关管、二极管及变压器等。

通过总结经验, 并学习资料, 开关电源电磁干扰产生的主要因素包括下面一些内容:

1.1 开关管产生电磁干扰

开关电源中原边主电路的开关管大多采用MOSFET功率管, 这种开关管具有小电荷存储效应, 开关速度快, 在开通、断开时, 电磁干扰易于产生。对于这种电磁干扰, 通常的做法是通过吸收电路进行削弱, 但加装吸收电路会对电源效率造成一定影响。

1.2 高频变压器产生电磁干扰

在开关电源的功率变换电路中, 开关管的负载是高频电压器的初级线圈, 呈感性, 在开关管开通的瞬间, 初级线圈中会出现很大的电流, 相应的线圈会产生很高的电压;在开关管断开的瞬间, 初级线圈的部分能量停留在初级线圈中, 无法导入次级线圈, 这部分能量会在原边电路中的电容和电阻上产生衰减震荡。如果高频变压器两端的滤波电容容量不够大, 或者高频特性较差, 电容上的高频阻抗就会导致高频电流以差模的方式传导到交流电源中, 从而产生传导干扰。

1.3 整流电路产生电磁干扰

工频交流电需要通过整流变成单向脉动电流, 转换的结果除了直流分量外, 还存在着一些高频谐波分量, 这些高频谐波分量会导致输入功率因数变小, 同时还会附带较大的THD, 这不仅会对电网产生很严重的干扰, 还会通过电源线造成射频干扰。

2 开关电源的电磁干扰抑制措施

2.1 屏蔽技术

屏蔽是我们日常生活中都能接触到的物理原理, 包括中央一套《加油!向未来》的节目中验证了特斯拉线圈的实验。电磁屏蔽的原理是通过加装屏蔽体来削弱甚至完全阻挡电磁能量。在开关电源的电磁屏蔽中, 分为两个部分:

(1) 对产生电磁干扰的元器件进行屏蔽;

(2) 对容易受到电磁干扰的元器件进行屏蔽。

开关电源中, 产生电磁干扰的元器件一般是变压器、电感器以及各种功率器件, 对于这些元器件的电磁屏蔽, 可以使用铜板或者铁板围绕起来, 从而削弱其产的电磁干扰。对于容易受到电磁干扰的元器件也可以采用相同的办法进行屏蔽。另外, 还可以通过整体屏蔽的方法, 使用强导电性的材料把开关电源整体都围绕起来, 从而防止其中产生的电磁干扰向外扩散。在应用整体屏蔽时, 需要注意以下两点问题:

(1) 屏蔽材料的接缝、电线以及输出端子的接口都很容易发生电磁泄漏, 在应用整体屏蔽时需要着重处理;

(2) 整体屏蔽需要将开关电源整体围绕在屏蔽体中, 这就会导致散热出现阻碍, 相应的, 设备成本也会增加。

2.2 滤波技术

通过《整流和滤波》部分的学习, 我们可以知道滤波技术可以应用到开关电源传导干扰的抑制中。通过学习其他资料了解到开关电源的传导干扰包括共模干扰和差模干扰两种, 共模干扰出现在相线和地线以及中线和地线之间, 共模干扰的电流会在相线和中线内部同时出现, 大小和方向都相同。差模干扰出现在相线和中线之间, 差模干扰的电流同样会在相线和中线内容同时出现, 大小相同, 但是方向相反。滤波技术无论是对差模干扰还是共模干扰都有很好的抑制作用, 由于共模干扰和差模干扰一般会同时出现在开关电源传导干扰中, 所以在加装滤波器时一般会将共模滤波和差模滤波同时考虑在内。实践发现, 对于内阻较高的干扰源, 滤波器输入阻抗需要设计低值, 对于内阻低的干扰源, 滤波器输入阻抗需要设计高值;负载电阻高时, 滤波器输出阻抗需要设计低值, 负载电阻低时, 滤波器输出阻抗需要设计高值。

2.3 接地技术

接地技术是广泛应用的一项物理技术, 同时也是漏电保护中很常用且效果很好的一种技术。开关电源中的接地属于屏蔽接地。在设计屏蔽接地时, 需要注意以下几个方面。

(1) 开关电源的接地包括交流接地和直流接地, 必须将两者严格分离, 一般采用浮地技术将开关电源的直流地和交流地分隔开, 从而来屏蔽交流电源地线所产生的干扰。

(2) 功率地和弱电地要分开。功率地应用于是负载电路或者功率驱动电路, 电流和电压都很大, 因此很容易产生干扰, 必须和其他弱电地分隔开。

(3) 地线直径尽量大。直径小的地线会导致接地电位随电流变化而变化, 从而进而影响抗噪声性能。

2.4 电路措施

开关电源干扰抑制中的电路措施包括吸收电路、软开关技术以及器件选择。

(1) 开关电源中电磁干扰的产生主要是忧郁电压和电流的短时间大幅度变化, 因此, 在抑制电磁干扰时, 可以通过设计吸收电路, 分散能量, 降低电路中的电压和电流变化幅度。

(2) 在原有的硬开关电路中设置电感和电容, 通过其谐振特性, 能够有效减少电压和电流的重叠, 从而降低电磁干扰。

(3) 在开关电源设计中, 尽量选择不容易产生、传导以及辐射电磁干扰的元器件。

开关电源的电磁干扰一直是影响电路性能的一大问题。通过资料的学习和分析, 在开关电源的电磁干扰抑制中可以结合实际情况综合使用多种电磁干扰抑制措施, 这样才能发挥最大的作用, 有效保证电子设备的正常工作。

参考文献

[1]左琛, 胡莹, 常越.开关电源中电磁干扰的产生及其抑制[J].电力电子技术, 2015 (01) :33-34.

[2]周伟英, 丘水生.开关电源电磁干扰抑制技术[J].低压电器, 2015 (19) :52-53.

继电器电磁干扰的分析及抑制 第2篇

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(2012-06-06 10:38:50)

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分类： 其它知识 继电器

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摘要：本文主要介绍了对电气设备中继电器及其开关触点干扰抑制的机理，提出了抑制干扰的有效措施。

关键词：继电器 电磁干扰 分析 抑制

1前言

随着科学技术的飞速发展，电子、电力电子、电气设备应用越来越广泛，它们在运行过程中会产生较强的电磁干扰和谐波干扰。其中，电磁干扰具有很宽的频率范围（从几百Hz到MHz），又有一定的幅度，经过传导和辐射会污染电磁环境，对电子设备造成干扰，有时甚至危及操作人员的安全。特别是大功率中、短波广播发射中心，其周围电磁环境尤为复杂，要想保证设备安全稳定运行，电子设备及电源必须具有更高的电磁兼容性。

2电磁干扰的抑制

电磁干扰EMI(Electromagnetic Interference)是指由无用信号或电磁骚扰（噪声）对有用电磁信号的接收或传输所造成的损害。一个系统或系统内，某一线路受到电磁干扰的程度可以表示为如下关系式：

N=G×C/I

其中：G为噪声源强度；

I为受干扰电路的敏感程度；

C为噪声通过某种途径传导受干扰处的耦合因素。

从上式可以看出，电磁干扰抑制的技术就是围绕这三个要素所采取的各种措施，归纳起来就是：

（1）抑制电磁干扰源；

（2）切断电磁干扰耦合途径；

（3）降低电磁敏感装置的敏感性。

2.1抑制电磁干扰源

首先必须确定干扰源在何处，越靠近干扰源的地方采取措施抑制效果越好，一般来说，电流电压瞬变的地方（即di/dt或du/dt）即是干扰源，如：继电器开合、电容充放电、电机运转、集成电路开关工作等都可能成为干扰源。另外，市电并非理想的50Hz正弦波，其中充满各种频率噪声，也是不可忽视的干扰源。

抑制干扰源就是尽可能的减小di/dt或du/dt，这是抗干扰设计时最优先和最重要的原则。减小di/dt的干扰源，主要是在干扰回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现；减小du/dt的干扰源，则是通过在干扰源两端并联电容来实现。

抑制方法通常采用低噪声电路、瞬态抑制电路、稳压电路等，所选用的器件应尽可能采用低噪声、高频特性好、稳定性高的电子元件，特别要注意，抑制电路中不适当的器件选择可能会产生新的干扰源。

2.2切断电磁干扰耦合的途径

电磁干扰耦合途径主要包括传导和辐射两种。

所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰，抑制传导干扰主要是通过在导线上增加滤波器的方法切断干扰源，有时也可加隔离光耦来解决。滤波器分为低通（LPF）、高通（HPF）、带阻（BEF）、带通（BPF）等四种，可根据信号与噪声频率的差别选择不同类型的滤波器，对于要求较高的设备，则必须采用穿心滤波器。

辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰，对于辐射干扰，主要是采用屏蔽技术和分层技术。屏蔽技术是一门科学，选择合适的屏蔽材料，在适当的位置进行屏蔽，对于屏蔽效果至关重要，尤其是屏蔽室的设计。可供选择的屏蔽材料种类繁多，有各种金属板、铜丝网、导电橡胶、导电胶、导电玻璃等等，应根据需要进行选择。屏蔽室的设计应充分考虑门窗、通风口、进出线口的屏蔽与搭接，除静电屏蔽外，还应考虑磁屏蔽及接地。

2.3降低电磁敏感装置的灵敏度

电磁敏感装置的灵敏度本身具有矛盾的双重性，一方面，人们希望电磁敏感装置灵敏度高一些，以提高对信号的接收能力；另一方面，其灵敏度越高，受噪声影响的可能性也就越大。因此，应根据具体情况，采用降额设计、屏蔽设计、网络钝化、功能钝化等方法使问题得到解决。

电磁干扰抑制方法很多，可以选择一种或多种综合应用，但不论选择什么方法，都应从设计之初就着手系统电磁兼容性的考虑。

3继电器及其开关触点干扰的抑制

继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子等设备中，是最重要的控制元件之一。继电器的开合本身所产生的电磁干扰是绝对不能忽视的，为保证各种设备的安全稳定运行，对继电器及其开关触点电磁干扰的抑制尤为重要。

3.1继电器线圈瞬变干扰的抑制

继电器线圈（以直流继电器为例）是感性负载，在电源断电瞬间会产生瞬变电压，有时高达几kV，如此高的电压足以损坏相关元器件；不仅如此，由于其含有丰富的谐波，可通过线路间的分布电容、绝缘电阻侵入控制系统，导致误动作。为防止元器件损坏、电路误动作等，就必须采取抑制措施，由于断路产生的瞬变电压能量大、频谱宽，仅仅采用滤波或隔离措施难以凑效，抑制瞬变干扰，通常采用如下几种常见的方式：

（1）并联电阻

图1为并联电阻抑制瞬变干扰电路，在图1中，K为电路的控制开关，L为继电器线圈的电感。该抑制电路的关键是正确选择所并联的电阻值，阻值过大起不了作用，过小增加功耗，且易烧坏开关触点。例如，48V直流继电器以并联1kΩ/5W电阻为宜，连接不必考虑电源的极性。

图1并联电阻方式

（2）并联二极管

图2为并联二极管抑制瞬变干扰电路，电源与二极管极性的相对关系不可任意改变。采用这种方式，能量损耗小，瞬变电压低，但是该种方式延长了放电时间，导致继电器线包延时释放，降低了动态响应性能。二极管峰值耐压应为负载电压的3倍以上。

图2并联二极管方式

（3）并联RC支路

并联RC支路如图3所示。该种方式抑制效果好，但使用元器件较多，R、C数值的选择与线圈的电感及内阻有关，与电源极性无关，通常R在10～100Ω之间，C在0.1～0.5μF之间，选用无极性电容器，且其耐压应高于电源电压的峰值。

图3并联RC支路方式

（4）其他方式

另外，还有并联电阻+二极管支路方式（如图4所示）和并联双向二极管或稳压管方式（如图5所示）。并联电阻+二极管支路方式中，电源与二极管的极性不能颠倒，采用这种方式能减少释放时间，提高动态特性。并联双向稳压二极管方式不必考虑电源极性，延迟时间短，但必须保证稳压二极管的耐压至少是电源电压的2倍。

3.2 开关触点干扰的抑制

断开继电器负载时，为防止开关触点产生火花放电，除了在线圈两端加能量释放通路外，也可在开关触点两端增加并联保护网络，一般最常用的是RC保护网络。该保护网络可延长接点的耐久性，防止噪音及减小电弧引起接点烧毁。图6为继电器开关触点干扰抑制的典型电路。

在图6中，R、C串联后跨接在开关触点两端，当开关断开时电感性负载中存储的能量通过RC网络放电，避免了触点间产生放电。R、C的选择应根据接点的电流和电压来确定，电阻R相对于接点电压为1V时，通常选择0.5～1Ω；电容C相对于接点电流为1A时，通常选择0.5～1μF。但是由于负载的性质和离散特性等的不同，必须考虑电容C具有抑制接点断开时的放电效果，在一般情况下使用200～300V的电容器耐压。电阻R的选择应考虑两个方面的因素，一方面，在开关断开瞬间，希望R越小越好，以便电感上存储的能量变成电容器上的能量；另一方面，当开关闭合时，希望R尽可能的大，以免电容器上的能量通过开关触点放电时电流太大而烧毁触点。一般情况下，开关触点间存在两种形式的击穿电压，即气体火花放电和金属弧光放电。要防止气体火花放电，应控制触点间电压低于300V；要防止金属弧光放电，应控制触点间的起始电压上升率小于1V/μs，并把触点间的瞬态电流控制在0.4A以下。

图7为一种改进型的抑制电路，即在电阻R上并联一只二极管D。在开关断开时，电感中的能量通过由R、C、D组成的电路释放，由于二极管正向导通，内阻很小，能量很快释放；当开关闭合时，充满电的电容C通过电阻R和开关触点放电，由于二极管是反向偏置不导通，释放电流仅从电阻R上流过，如R选取足够大，就不会引起触点烧坏。

另外，还可采用在开关触点两端并联稳压二极管的抑制电路，如图8所示。

图8并联稳压二极管方式

在图8中，当开关触点断开时，触点两端出现高电压形成火花放电，由于稳压管的稳压特性，使触点两端的电压不会大于电源电压的1.5倍，从而抑制了瞬变电压和火花。这种电路由于仅用一个元件，电路简单而且效果不错。

一般情况下，电感性负载比纯阻性负载更容易产生气体火花放电和金属弧光放电，只要选择适当的抑制电路，可以达到和纯阻性负载相同的效果。

由于抑制电路的种类很多，在此不再作详细介绍。

4结束语

随着信息技术的不断发展，电台自动化建设不断深入，干扰问题已成为制约系统自动化控制的瓶颈，如何减小相互间的电磁干扰，使各种设备和系统能正常运转，是一个亟待解决的问题。在采用不同的方法对电磁干扰进行抑制时，应分析其综合效应，并对所采用的干扰抑制手段的作用进行恰当的预估，才能获得较理想的效果。

参考文献：

[1] 蔡仁钢.电磁兼容原理和预测技术, 北京航空航天大学出版社,1997

[2] 张乃国.电源干扰与抗干扰, 华港出版社, 2003

电磁干扰与抗干扰 第3篇

近日，世界知名汽车品牌——日本丰田公司在全球范围内的汽车“召回门”一事，可谓风起云涌，万般变化。且不论该事件的结果怎样，单说该公司产品出现故障的一个原因是汽车的刹车突然失灵，油门被卡。美国运输部门称，电磁干扰可能是汽车电子油门系统运转失灵的原因之一。

实际上，这已经不是电磁干扰第一次作祟了，大家是否记得第一次登月成功的阿波罗11号飞船，在它之后的阿波罗12号飞船(见图1)就曾遭遇过电磁干扰。

在当时与苏联在航空领域竞赛的背景鼓舞下，美国决定在首次登月成功近4个月之后，继续发射阿波罗12号。尽管当时天气状况不是很好，空中还有着较厚的云层，但发射行动如期进行。然而在火箭升空仅36.5秒时，就突然遭到了雷击，信号全部中断，接着到52秒时，又一次遭到雷击。所幸的是，两次危机均被宇航员化解，加上所使用的土星5号运载火箭机身较为过硬，最终还是完成了登月任务。这过程之中的雷击就是电磁互相干扰所致：火箭在升空的过程中，自身和尾部喷出的发动机火焰形成了一根长达数百米并且不断运动的导体，从而在云层中引发了典型的“人造闪电”，闪电是种高强度电磁脉冲，其形成的电磁干扰很可能导致控制系统计算机的故障。

电磁干扰何以“兴风作浪”

生活中，电磁干扰也与我们如影随行。电视图像出现“雪花”、收音机有杂音以及手机信号的突然中断等等这些让你烦恼的问题都有电磁干扰这位“骇客”的“功劳”。

电磁干扰，从理论的角度来讲，是指由电磁干扰引起的设备、传输通道或者系统性能的下降。这里，电磁干扰是一种客观存在的物理现象，泛指一切能产生损害作用的电磁现象。实际上，电磁干扰是不可避免要存在的，生活中凡是用电的设备，无论是电网供电，还是电池供电，都会向外发射有害的电磁波，对我们影响比较大的只是其中一部分而已，我们需要应对的也就是那些造成不良后果的情形。

和声音的传播需要发生源、介质及接收点一样，电磁干扰也要具备三个要素：干扰源，传播途径和被干扰的对象。在专业理论中，被干扰对象统称为敏感设备。

干扰源即造成这种电磁干扰的来源，可大致分为自然干扰和人为干扰。自然干扰的内涵比较丰富，从小小的元器件自身的热噪声到宇宙中的各个星系产生的辐射都可归为这一类，这些东西大部分都没什么利用价值，反而不时地制造些麻烦，是要尽量避免和消除掉的主要对象。

人为干扰包括两大类，一类专门司职发出“噪声”，比如广播、电视、雷达等，不过这种干扰可以为我们带来声音、视频和信号的传递，益处要远大于害处，是人们日常生活不能离开的一类：另一大类则相反，它们属于设备在完成自身功能之后无奈产生的副产品，诸如架空输电线、电动器械、家用电器等等产生的电磁辐射。这些属于无益的干扰，在日常生活里，得采取各种措施，将其危害降低到最小程度。

电磁的传播途径有两种：传导耦合和辐射耦合。传导，顾名思义，就是利用导电介质，将一个网络中的信号耦合到另一个电网络中去；辐射耦合是指通过空间，以电场的形式把信号从干扰源传输到另一个网络中。

实际工程应用中，电磁耦合是很难理清楚的，往往是多种形式的干扰源以多种方式耦合在一起，比之一团乱麻，有过之而无不及。

敏感设备就是易被电磁干扰“挑拨离间”的对象。而且，对于敏感设备来说，在被干扰的同时，它本身就成了一个新的干扰源。

电磁兼容——对抗干扰

，通过以上介绍，你可能大致明白了电磁干扰的理论知识，我们再看看人类在这场与电磁干扰旷日持久的对抗战中做出了怎样的应对。这里，还要介绍一个非常重要的概念：电磁兼容性。电磁兼容性，指的是设备或系统在其电磁环境下能正常工作且不对该环境中任何事物构成电磁干扰的能力。也就是说，具有这种特性的物体，在某种环境下，自己可以正常工作，同时也不会影响其他物体。

这是如何达到的呢?可以采取技术和组织的手段。技术手段的处理，自然离不开对症下药。前文提到的三要素中，干扰源是要设法抑制的，传播途径应尽量消除或降低干扰之间的耦合，剩下的敏感对象，我们的处理办法就是不要让它那么“兴奋”，或者让它提升自己抵抗这种“诱惑力”的能力，即抗扰性。

组织的手段说来简单，就是制定和遵循一套完整的标准和规范，使得各个设备“有法可依”，这样，有利于资源的合理分配和统一管理。不过，其涉及面却十分广泛，既需要研究复杂的电磁环境、频谱分配与利用乃至电路的布局、材料的选择、参数的确定等等，还需解决用户和设计方的关系，这显然非一朝一夕之功。

幸好目前国际上，针对这一问题专门研究的机构很多，作为普通用户其实没必要了解这些条条框框，我们需要的只是在日常生活里，避免受到更多的电磁“骚扰”。然而，不可忽视的是，目前我们生活中的很多电器设备却在这一层面上严重缺失。

要知道，电磁干扰轻则是对设备的损伤，重则是对人体健康的威胁，因为它本身就是一种辐射，长期暴露在这种环境下，会造成人的神经性功能紊乱和其他病状。这并非危言耸听，国家在制定相关标准时，必须加以慎重考虑。

作为消费者的我们，在购买物品时，也应尽可能选择有专门认证的产品。国内目前使用的是“中国强制认证”(China CompulsoryCertification)，简称“CCC”，也就是我们平常说的3C认证。

直流无刷电机的电磁干扰抑制 第4篇

在为某直升机配套的蒸发循环制冷系统中冷凝风机的驱动电机为直流无刷电机,需要考虑在运行过程中的电磁兼容性( EMC) ,即在其电磁环境中应符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰。

本文通过检测直流无刷电机在工作时产生的电磁干扰( EMI) ,对产生的电磁干扰进行分析,采取措施减小电磁干扰,使电机满足电磁兼容要求。

二、电磁干扰的产生

电磁干扰产生的根本原因是网络参数的突变。无刷直流电机整流逆变器产生电磁干扰最根本的原因,就是其在工作过程中产生的高(di)/(dt)和高(dv)/(dt),它们产生的浪涌电流和尖峰电压形成了干扰源。

电源线噪声是电网中各种用电设备产生的电磁干扰沿着电源线传播所造成的。电源线噪声分为两大类: 共模( CM) 干扰、差模( DM) 干扰。共模干扰是指任何载流导体与参考地之间不希望有的电位差; 差模干扰是指任何两个载流导体之间不希望有的电位差。直流无刷电机控制系统内部的CM噪声和DM噪声主要由主功率电路开关管的高速开关引起。DM噪声只存在预先设计的电路中,而CM噪声存在于电路与大地之间,更加难以发现和控制,CM噪声除了沿电缆线传播形成传导EMI,它将导致强烈的辐射EMI问题。

三、冷凝器直流无刷电机

冷凝器直流无刷风机控制原理图如图1、图2,该风机控制器印刷电路板中已进行EMC设计,如覆铜、低通滤波电路设计,等等。

四、系统改进前的电磁兼容测试

1. 测试配置图

2. 测试项目

( 1) CE102电源线传导发射

根据GJB152A - 97中CE102项试验装置要求进行试验,如图4所示。

( 2) RE102辐射发射

根据GJB152A - 97中RE102项试验装置要求进行试验,如图5所示。

3. 测试结果

( 1) CE102电源线传导发射

由图6可以得知系统的传导发射在频率为25k Hz ~ 50k Hz超标。

( 2) RE102辐射发射

由测试结果可知,冷凝器直流无刷电机的辐射发射在37k Hz ~ 41k Hz、37MHz ~ 40MHz、109MHz ~ 113MHz超标。

五、控制系统的 EMC 设计

直流电机控制系统内电磁兼容设计包括: 印刷电路板的设计、有源器件的选用,以及电路板的布线、接地、屏蔽及滤波。

根据测试结果分析有,电源线传导发射在低频段有超差,高频段无超差是由于PCB电路板中已有0. 1μF电容进行 抑制高频 干扰,要抑制18KHz ~ 70KHz干扰,还需在电源进线上采取滤波措施。电场辐射发射超标的原因是电源线未采用屏蔽线,冷凝风机风道口未采取屏蔽措施造成。

1. 传导EMC设计

电源系统去耦,去耦的目的并不是要消除电路中的瞬态高频电流,因为它们是高频电路正常工作所必须的; 其目的应该是将这种瞬态电流从电源网络中移除到IC( 集成电路) 本地,由去耦网络来提供这种高频电流,这样它所流过的电路的物理尺寸就小,因而,IC当地的电源电压及其输入电流就能保持稳定。通常进线去耦电容的值取得比较大,通常在10μF以上,以滤掉馈电环路上残余的瞬态电流。图10为滤波电路,C1、C2、C3和C4即为去耦电容。

一般来说,一个大电容就能满足功能的需要,即只需要C1和C2接地。在大电容上并联一个小电容,能够拓宽频率的范围,使电源系统的电磁兼容性变好,电解电容C1和C2分别并联上小电容C3和C4。

一个大电容即电解电容的等效电路如图11所示:

电解电容的阻抗,中低频时C很大,则ωL也很小,L也很小,则得到Z很小。电解电容主要为容性元器件,可以把电路中的噪声直接接地,可以消除噪声,有很好的滤波效果。当在高频时,随着频率的增大,ωL增大,当和ωL相同时,串联谐振达到谐振点,则电解电容表现为一个电感器件。由于它本身的阻抗电解电容的滤波效果就不存在了,则起不了充电放电和过滤电磁噪声的作用,这时并联上一个小电容,电磁噪声将从小电容路径接地,所以大小电容的并联拓宽了频率的范围。

根据分析,选取大电解电容值为68μF,小电容0. 1μF,在电源进线进行滤波。

2. 辐射EMC设计

屏蔽能够消除容性耦合和感性耦合的作用。要使屏蔽能充分发挥消除容性耦合的功能,屏蔽层必须接地而且全线等位,否则屏蔽层上就会容性耦合进噪声电压,对信号电路造成严重干扰,因此特别长的屏蔽线必须每隔一定的长度就要接地。屏蔽层消除感性耦合的原理就是在屏蔽层上感应一个电流,该电流产生的磁通能够抵消外部电磁场对信号电路的影响。要满足这个条件则:1) 屏蔽层的两端都要接地,这样给感应电流提供通路; 2) 屏蔽层的阻抗足够低,屏蔽层就能在比较低的频率段开始发挥作用。屏蔽体完全包围信号线的时候屏蔽效果最好。伸出屏蔽体外部的连接线会降低屏蔽层的理想性能,尤其是破坏感性屏蔽性能。

针对直流无刷电机,其电源线改用屏蔽线,并将屏蔽层接地( 冷凝器外壳) 。

3. 系统改进后的电磁兼容测试

( 1) CE102电源线传导发射

由上图可以看出测试结果合格。

( 2) RE102辐射发射

由图13、14可以看出,测试结果合格。

六、结 论

通过对直流无刷电机的传导、辐射发射测试曲线分析,明确其产生干扰的原因,并采取相应的措施抑制干扰; 改进后测试结果表明电磁兼容性能良好。该工作对今后进行直流无刷电机电磁兼容设计具有参考意义,为今后研发高压直流无刷无极调速电机的EMC设计提供了经验。

摘要：文章通过对冷凝器直流无刷电机进行电磁兼容测试,对存在的电磁兼容问题进行了分析,并据此提制了EMC改进措施:采取增加电磁兼容性的措施,使大小电容并联使用;拓宽了频率范围,抑制了辐射干扰,改善电磁兼容性。

浅析高速铁路对智能小区的电磁干扰 第5篇

关键词 高速铁路 智能小区 电磁干扰

引言

当高速铁路产生电磁影响时，为了改善影响方与被影响方兼容共存条件，必须采取防护措施，以避免或减少双方的相互影响。由于目前一些高速铁路是在既有铁路上改建而成，因此不存在选择高速铁路路径的避让条件，而交流电气化铁路通过城市时有可能对铁路沿线的智能小区产生电磁干扰，就更加突出了采取防护措施的重要性。

1 高速铁路对智能小区的电磁干扰

高速铁路具有牵引功率大、效率高和环境污染小等诸多优越性，是铁路牵引动力现代化的主要方向。我国电气化铁道采用工频交流制供电，接触网额定工作电压为25kV，电力牵引采用直供、AT和BT三种供电方式，牵引电流不同程度地要以钢轨（大地）为回路。在列车运行中接触网导线与机车受电弓因电火花脉冲而引起的无线电干扰会对周围电磁环境产生严重的电磁干扰（EMI）。尤其随着传感器技术的成熟，各种探测器（如红外侵入探测器和被动红外/微波双技术探测器、感烟探测器、玻璃破碎探测器等）被应用在智能小区的建设中，这些探测器再通过家庭无线局域网发射信号至家庭智能控制系统，再由公共电话网发送信息至户主。这些智能小区中的电气、电子设备极易受到外部电磁干扰的影响，可能出现运行紊乱、检测失误等而无法正常工作，严重时还会危及设备与人员安全。电气化铁路对智能小区的干扰问题或电磁兼容性（EMC）问题日益突出。

电磁干扰的传输途径主要有通过传输线路和空间辐射两种方式。对于智能小区的影响可以按照以下形式来讨论。①牵引供电系统的放电火花脉冲产生的高频电磁波辐射②阻性耦合导致电位升的影响。任何电磁干扰的形成都要具备三个基本要素：干扰源、敏感源和耦合途径，称为电磁干扰形成三要素，缺一不可。电磁干扰抑制技术的研究由此出发，即设法破坏或削弱其中一个或两个要素的影响。

2 牵引供电系统的放电火花脉冲产生的高频电磁波辐射及其防护

2.1 牵引供电系统的放电火花脉冲产生的高频电磁波辐射

高速铁路接触网导线与机车受电弓因电火花脉冲而引起的无线电干扰，不是一个恒定的值，它与机车的运行速度、牵引负荷的大小、接触导线的新旧程度及清洁与否、以及受电弓的材质及其磨损情况、弓子弹簧的张力、气候等诸因素有关，因此它是一个随机量（如图1）。

防护机理上可以分为两大类：一类是力图消除干扰源，以减少产生电脉冲的数量或频度，或降低电脉冲干扰幅度；另一类是以增加干扰的损耗和加大对干扰的屏蔽效果等手段来控制干扰波的传输通道，以缩小其传播和影响的范围；除此之外还应对无线系统作进一步的改进。

2.2 高速铁路弓网性能的改进：提高接触网质量，降低电磁辐射

根据郑武线准高速不同区间干扰试验表明，电气化铁路脉冲型无线电干扰绝大多数产生于定位点处。因为定位点是集中负荷点，该点在一个跨距内弹性最低.是造成接触网弹性不均匀的重要因素。如能增大接触导线的张力，或采用弹性定位器，则可提高接触网弹性均匀程度，减小接触导线弹性差异系数，减少定位点处脉冲干扰发生几率。郑武线试验段接触导线和承力索张力均为15kN，接触导线为银铜合金；非试验段接触导线张力l0kN，铜线，承力索张力20kN。实测表明，由于试验段接触网质量提高，机车运行产生的无线电干扰与非试验段相比降幅较大，约为7dB。较差的接触网.几乎每个定位点处都会产生脉冲干扰；质量较好的接触网，许多个连续定位点也不产生一个脉冲，从而可大大降低整体电磁辐射水平。大量实测还说明，受电弓滑板材质、线路平直程度对干扰的大小也有一定作用，但接触网性能指标的改变对电磁辐射强弱的影响最大。

2.3 在高速铁路穿越城市的区域可以采用屏蔽导线阵列拟制干扰电波

对于高速铁路产生的无线电干扰，采用各种屏蔽手段来控制其传输通道，能起到良好效果。由金属导线平行排列组成的屏蔽导线阵列是屏蔽措施的实用方法。它是利用阵列中的每根导线的反射及感应到的干扰电流互相进行矢量叠加使其抵消，从而干扰场强得以降低并获得屏蔽效果。

根据京—秦线某复线区段对比性实验，即在架设屏蔽导线阵列的一侧及没有架设的另一侧，利用相同的干扰场强测试仪同时测量同一辆电力机车通过测试点正前方时所产生的噪声的最大值。实验表明架设屏蔽导线阵列在超短波段有一定的屏蔽效果，随着导线阵列线间距离的减小，其屏蔽效果变好。如在靠近职能小区的铁路沿线架设屏蔽导线阵列，将屏蔽一部分高速铁路产生的无线电干扰。

2.4 无线系统自身的改进

在靠近高速铁路线的智能小区无线设备严格选用电磁兼容性能符合CISPR标准及国家标准的电子、电气设备。无线网的工作频率符合IEEE802.11b标准要求。

无线局域网采用扩频通信系统，扩频通信扩展的频谱越宽，处理增益越高，抗干扰能力就越强。简单地说，如果信号频谱展宽10倍，那么干扰方面需要在更宽的频带上去进行干扰，分散了干扰功率，从而在总功率不变的条件下，其干扰强度只有原来的1/10。另外，由于接收端采用扩频码序列进行相关检测，空中即使有同类信号进行干扰，如果不能检测出有用信号的码序列，干扰也起不了太大作用，因此扩频通信能够提高抗干扰性能强。

3 阻性耦合导致电位升的影响及防护措施

3.1 阻性耦合导致电位升的影响

阻性耦合影响也称入地电流影响。我国交流电气化铁道的供电系统是以接触网为电流去线，以钢轨—大地为电流回线的单相不对称供电线路。当接触网电流经钢轨回流，尤其在接触网发生短路故障时，将会有很大的电流沿钢轨漏泄入地（如图2）。在入地电流点或牵引变电所周围相对于远处的大地之间会产生电位差。这种地电位的变化，有可能反窜到智能小区设备中，影响设备的各种地线电位，影响设备的可靠工作。

3.2 对地电位升的防护

对地电位升的防护有隔离和远离接地等技术。隔离实质是将设备的地线系统与大地隔离，隔离方法有两种：一种是用变压器隔离；另一种采用光电隔离技术.这两种方法要求设备单独供电，并且要进行良好的屏蔽。远离接地是基于离钢轨越远处、地电位升越小的原理。根据大秦线测试数据，距离为500 m以上时，则地电位的变化很小。因此可将智能小区设备地线的接地点设置在离铁路较远处，并用绝缘导线引至设备工作地点。接地系统应当做到：①以尽可能短的接地路径建立一个对有关装置都是等电位的接地导线系统。②不构成接地环路。③避免电源零线引入干扰。

4 结论与建议

开关电源的电磁干扰及抑制措施 第6篇

(一) 开关电源电磁干扰分析

1. 电源线引入的电磁干扰

电源线干扰是电网中各种用电设备产生的电磁骚扰沿着电源线传播所造成的。电源线干扰分为两大类:共模干扰和差模干扰。其中共模干扰定义为任何载流导体与参考地之间的不希望有的电位差, 共模干扰电流不通过地线, 而通过输入电源线传输。差模干扰定义为任何两个载流导体之间的不希望有的电位差, 差模干扰电流通过地线和输入电源线回路传输。所以, 我们设置电源线滤波器时要考虑到差模干扰和共模干扰的区别, 在其传输途径上使用差模或共模滤波元件抑制它们的干扰, 以达到最好的滤波效果。

2. 输入整流滤波电路产生的谐波干扰

开关电源输入端普遍采用桥式整流, 电容滤波电路。由于整流二极管的非线性和滤波电容的储能作用, 使得输入电流i成为一个时间很短、峰值很高的周期性尖峰电流, 如图1所示。这种畸变的输入电流, 它除了基波外, 还含有丰富的高次谐波分量。这些高次谐波分量注入电网, 引起严重的谐波污染, 对电网上其他的电器造成干扰。

3. 开关电路产生的干扰

如图2a所示开关电路是开关电源的核心也是主要的干扰源之一, 它主要由开关管和高频变压器组成。开关电源产生电磁干扰最根本的原因, 就是其在工作过程中产生的高di/dt和高dv/dt, 频带较宽且谐波丰富。它们产生的浪涌电流和尖峰电压形成了干扰源, 工频整流滤波使用的大电容充电放电、开关管高频工作时的电压切换、输出整流二极管的反向恢复电流都是这类干扰源。

(1) 开关管及变压器产生的干扰

开关管是开关电源的核心器件, 同时也是干扰源。其工作频率直接与电磁干扰的强度相关。随着开关管的工作频率升高, 开关管电压、电流的切换速度加快, 其传导干扰和辐射干扰也随之增加。在开关管导通瞬间, 变压器初级线圈产生很大的涌流, 并在初级线圈的两端出现较高的浪涌尖峰电压;在开关管断开瞬间, 由于初级线圈的漏磁通, 致使一部分能量没有从一次线圈传输到二次线圈, 储藏在漏感中的这部分能量将和开关管本身的极间电容、电阻形成带有尖峰的衰减振荡, 叠加在开关管的关断电压上, 形成关断尖峰电压。这个噪声会传导到输人输出端, 形成传导干扰。

开关电源工作过程中, 由初级滤波大电容、高频变压器初级线圈和开关管构成了一个高频电流环路。该环路会产生较大的空间辐射, 形成辐射干扰。如图2b所示, I1是变压器初级线圈电流, I2是二次线圈电流, VDS是开关管漏源极间电压, VD是二次侧输出二极管上两端电压。开关管关断时产生频率为f1的干扰, 而输出二极管反向电流引起频率为f2的干扰。

另外开关回路中开关管的负载是高频变压器初级线圈, 它是一个感性的负载, 所以, 开关管通断时在高频变压器的初级两端会出现尖峰噪声。轻者造成干扰, 重者击穿开关管。主变压器绕组之间的分布电容和漏感也是引起电磁干扰的重要因素。

(2) 输出整流二极管产生的干扰

输出二极管在正向导通时, PN结内的电荷被积累, 二极管加反向电压时积累的电荷将消失并产生反向电流。由于二次整流回路中V在开关转换时频率很高, 即由导通转变为截止的时间很短, 在短时间内要让存储电荷消失就产生反向电流的浪涌。由于反向恢复电流在变压器漏感和其他分布参数的影响下将产生较强烈的高频衰减振荡。因此, 输出整流二极管的反向恢复噪声也成为开关电源中一个主要的干扰源。可以通过在二极管两端并联RC缓冲器, 以抑制其反向恢复噪声。

4. 其他干扰

通信开关电源的元器件寄生、分布参数也是多数电磁干扰的内在原因, 开关电源和散热器之间的分布电容、变压器初次级之间的分布电容、原副边的漏感都是造成干扰的主要因素。另外通信开关电源由于功率密度高、智能化程度高, 电源内部的场分布相当复杂。如果PCB布线不合理、结构设计不合理、电源线输入滤波不合理、输入输出电源线布线不合理、CPU及检测电路的设计不合理, 均会导致系统工作的不稳定或降低对静电放电、电快速瞬变脉冲群、雷击、浪涌及传导干扰、辐射干扰及辐射电磁场等的抗扰性能力。

(二) 抑制电磁干扰的措施和方法

1. 抑制开关电源中各类电磁干扰源

(1) 功率因数校正 (PFC) 技术

为了解决输入电流波形畸变和降低电流谐波含量, 开关电源需要使用功率因数校正 (PFC) 技术。PFC技术使得电流波形跟随电压波形, 将电流波形校正成近似的正弦波。从而降低了电流谐波含量, 改善了桥式整流电容滤波电路的输入特性, 同时也提高了开关电源的功率因数。

(2) 软开关技术

软开关技术是减小开关器件损耗和改善开关器件电磁兼容特性的重要方法。开关器件开通和关断时会产生浪涌电流和尖峰电压, 这是开关管产生电磁干扰及开关损耗的主要原因。使用软开关技术使开关管在零电压、零电流时进行开关转换可以有效地抑制电磁干扰。使用缓冲电路吸收开关管或高频变压器初级线圈两端的尖峰电压也能有效地改善电磁兼容特性。

(3) 整流管串联电感电路

输出整流二极管的反向恢复问题可以通过在输出整流管上串联一个饱和电感来抑制, 饱和电感与二极管串联工作。饱和电感的磁芯是用具有矩形BH曲线的磁性材料制成的。同磁放大器使用的材料一样, 这种磁芯做的电感有很高的磁导率, 该种磁芯在BH曲线上拥有一段接近垂直的线性区并很容易进入饱和。实际使用中, 在输出整流二极管导通时, 使饱和电感工作在饱和状态下, 相当于一段导线;当二极管关断反向恢复时, 使饱和电感工作在电感特性状态下, 阻碍了反向恢复电流的大幅度变化, 从而抑制了它对外部的干扰。

2. 破坏电磁干扰传输途径

(1) 采用电源输入EMI滤波器

滤波是抑制传导干扰的一种很好的办法。例如, 在电源输入端接上滤波器, 可以抑制开关电源产生并向电网反馈的干扰, 也可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害。在滤波电路中, 还可采用很多专用的滤波元件, 如穿心电容器、三端电容器、铁氧体磁环, 它们能够改善电路的滤波特性。恰当地设计或选择滤波器, 并正确地安装和使用滤波器, 是抗干扰技术的重要组成部分。在电源进线端通常采用如图3所示电路。该电路对共模和差模纹波干扰均有较好抑制作用。

图中各元器件的作用:

(1) L, C1, C2用于滤除共模干扰信号。

L是共模电感, 通常电感量为2m H~33mH左右。

C1, C2为旁路电容, 又称Y电容。电容量要求2200p F左右。电容量过大会影响设备的绝缘性能。

(2) C3, C4用于滤除差模干扰信号。

C3, C4为电源跨接电容, 又称X电容。常用陶瓷电容或聚脂薄膜电容。电容量取0.22μF~0.47μF。

(2) 采用开关管和输出二极管的缓冲电路

由于开关管和输出二极管的高速开关引起的干扰, 可以通过增加缓冲电路来减小。如图4所示:

(1) 图4中C1, R1, D1组成snubber电路, 吸收残存在变压器漏感中的能量, 能够减小开关管关断时的浪涌电压。

(2) 图4中C2, R2, D2组成开关管缓冲电路, 减小开关管的d V/dt, 即减小由此产生的干扰。

(3) 图4中C3, R3组成输出二极管的缓冲电路, 减小di/dt, 另外输出二极管应采用肖特基或者超快速恢复二极管。

3. 使用屏蔽和接地降低电磁敏感设备的敏感性

采用屏蔽技术可以有效地抑制开关电源的电磁辐射干扰。例如, 功率开关管和输出二极管通常有较大的功率损耗, 为了散热往往需要安装散热器或直接安装在电源底板上。器件安装时需要导热性能好的绝缘片进行绝缘, 这就使器件与底板和散热器之间产生了分布电容, 开关电源的底板是交流电源的地线, 因而通过器件与底板之间的分布电容将电磁干扰耦合到交流输入端产生共模干扰, 解决这个问题的办法是采用两层绝缘片之间夹一层屏蔽片, 并把屏蔽片接到直流地上, 割断了射频干扰向输入电网传播的途径。为了抑制开关电源产生的辐射, 电磁干扰对其他电子设备的影响, 可完全按照对磁场屏蔽的方法来加工屏蔽罩, 然后将整个屏蔽罩与系统的机壳和地连接为一体, 就能对电磁场进行有效的屏蔽。

电源某些部分与大地相连可以起到抑制干扰的作用。例如, 静电屏蔽层接地可以抑制变化电场的干扰;电磁屏蔽用的导体原则上可以不接地, 但不接地的屏蔽导体时常增强静电耦合而产生所谓“负静电屏蔽”效应, 所以仍以接地为好, 这样使电磁屏蔽能同时发挥静电屏蔽的作用。电路的公共参考点与大地相连, 可为信号回路提供稳定的参考电位。因此, 系统中的安全保护地线、屏蔽接地线和公共参考地线各自形成接地母线后, 最终都与大地相连.

4. 其它解决方法

(1) 采取合理的印制板布局

印制板布局时, 要将模拟电路区和数字电路区合理地分开, 电源和地线单独引出, 电源供给处汇集到一点。控制电路和功率电路分开, 采用单点接地方式。脉冲电流流过的区域最好远离输入输出端子, 使噪声源和出口分离。尽量缩小由高频脉冲电流所包围的面积, 缓冲电路尽量贴近开关管和输出整流二极管, 器件多选用贴片元件和尽可能缩短元件的引脚长度, 以减小元件分布电感的影响。在Vdd及Vcc电源端尽可能靠近器件接入滤波电容, 以缩短开关电流的流通途径。

(2) 采取合理的PCB布线

PCB布线时, 高频数字信号线要用短线, 主要信号线最好集中在PCB板中心, 同时电源线尽可能远离高频数字信号线或用地线隔开。其次, 可以根据耦合系数来布线, 尽量减少干扰耦合。印制板的电源线和地线印制条尽可能宽, 以减小线阻抗, 从而减小公共阻抗引起的干扰噪声。另外相邻印制线之间不应有过长的平行线, 走线尽量避免平行, 采用垂直交叉方式, 线宽不要突变, 也不要突然拐角, 禁止环形走线。滤波器的输入和输出线必须分开, 禁止将开关电源的输入线和输出线捆扎在一起。

(三) 结语

开关电源的电磁干扰产生的因素还很多, 抑制电磁干扰还有许多工作要做。全面抑制开关电源的各种干扰会大大提高开关电源的电磁兼容性和工作稳定性, 使开关电源得到更广泛的应用。

摘要：开关电源产生的电磁干扰对开关电源本身及其它通信、电子设备的影响日益成为人们关注的话题, 文章对开关电源产生的电磁干扰进行了分析, 并提出了有关抑制措施和方法。

关键词：电磁干扰,抑制措施

参考文献

[1]周志敏, 周纪海, 纪爱华.单片开关电源[M].北京:电子工业出版社, 2004.

[2]张占松, 蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北京:电子工业出版社, 2004.

[3]钱振宇.产品的电磁兼容设计[J].电源技术应用, 2003

电子设备的电磁干扰及抑制对策 第7篇

关键词：电磁干扰,电子设备,抑制对策

1 电磁干扰的来源

电子设备的电磁兼容性受各种形式电磁干扰的影响导致设备无法正常运行, 而电磁干扰的主要来源包括两方面, 即内部干扰与外部干扰。

内部干扰是指电子设备内部各元件之间互相产生的干扰, 主要有:首先, 工作电源在通过设备内部的线路时, 分布电容、绝缘电阻等漏电会产生一定干扰, 具体与其工作频率有直接关系。其次, 地线、电源及传输导线的阻抗易与信号产生互相耦合, 或者导线之间也会互相干扰。再次, 电子设备内部某些元件运行时会发热, 从而对其自身及其它元件造成干扰, 影响其运行稳定性。最后, 一些部件功率比较大, 电压相对较高, 会产生磁场及电场, 受耦合影响干扰到其它部件的正常运行。

而外部干扰主要是指线路、设备受电子设备以外的各种因素的影响而产生的干扰, 主要包括:首先, 外部高压、电源通过绝缘时存在漏电现象, 从而对设备、线路等产生干扰。其次, 一些设备功率较大, 空间内会产生较强的磁场, 在互感耦合的作用下对电子线路、设备等产生干扰。再次, 电子线路、电子设备等还会受到空间电磁波的干扰。最后, 设备所处的工作环境稳定性较差, 电子线路、设备等内部元器件的参数受环境影响而发生改变, 从而对设备的正常运行造成干扰。

2 电磁干扰的抑制原理

2.1 接地

接地是防止干扰、抑制噪声最常用的方法之一, 接地电是电路或系统的基准电位, 可能是一个等电位点, 也可能是一个等电位面, 但不一定是大地电位。电子设备的机壳及其它相关的金属构件要保证可靠接地, 才能保证设备受到雷击时不会损坏设备, 保障工作人员的人身安全;设备金属构件接地的接地电阻通常不能太大, 至少要控制在规定值范围以内。常用的电路接地方法包括单点接地、多点接地及混合接地等三种, 其中单点接地是指在线路中的接地参考点仅有一个物理点, 其它需要接地的各点均与该点相连接。多点接地顾名思义即一个系统中可设置多个接地点, 设置原则是与其距离最近的接地平面相连接, 尽量缩短接地引线的长度;此处的接地平面可以是设备的底板, 当然也可以是贯穿整个系统的地导线, 如果系统规模比较大, 也可以将设备的结构框架用作接地平面。而混合接地主要针对一些高频接地点, 将其用旁路电容及接地平面连接起来, 不过该接地方法需要注意旁路电容与引线电感构成谐振。

2.2 滤波

在设备或线路中设置滤波器, 可以对传导干扰的电平起到明显的抑制作用。由于干扰频谱成分与有用信号的频率是不相同的, 滤波器可以针对这些与有用信号不同的频率起到较好的抑制作用, 从而防止其对设备、线路产生干扰。由此可见对于电子设备而言, 无论是干扰源抑制还是消除干扰耦合, 又或者提高设备的抗干扰能力, 滤波网络都是首选的最好方法。利用阻容及感容对网络产生耦合作用, 可以实现电路与电源的互相隔离, 电路之间的耦合被消除后, 干扰信号就无法进入电路。对于高频电路而言, 也可以采用CLCMπ型滤波器来消除耦合, 这种型号的滤波器是由两个电容器及一个高频扼流圈组成。

2.3 屏蔽

严格说来屏蔽是滤波中比较常用的一种手段, 此处将其单独介绍。所谓屏蔽即是利用金属将两个空间区域隔离开来, 达到控制电场、磁场及电磁波的目的, 防止其由一个区域对另外一个区域产生感应及辐射。屏蔽就是把电子设备的元部件、电路、组合件、电缆甚至整个系统用屏蔽体将干扰源包围起来, 可以起到控制干扰电磁场向外扩散的目的;而接收电路、设备等一旦被屏蔽体包围起来, 则外界电磁场也很难对其产生干扰。因为导线、电缆、元部件、电路等所产生的电磁波均可以被屏蔽体所吸收, 并且电磁波在屏蔽体上的界面反应及电磁感应在屏蔽层上产生的反向电磁场均可抵消部分干扰电磁波, 所以屏蔽体才可以有效抑制干扰。如果在某种情况下无法通过屏蔽措施来实现抑制干扰的要求, 可以采用结合屏蔽、采取平衡措施等电路技术。所谓平衡电路是指双线电路中的两根导线与其所连接的所有电路, 对地或对其它导线的阻抗均相等。平衡电路的主要作用是保持两根导线所接收到的干扰信号相同, 此时干扰噪声变为可在负载上自行消失的共态信号。除此之外, 还有一些其它电路技术也比较常用, 比如接点网络、整形电路、积分电路及选通电路等, 由此可见, 电路技术也是抑制电磁干扰的有效措施。

3 电磁干扰抑制措施的具体应用

现代人们生活中已经离不开电子技术, 因此人类活动的空间到处都是电磁波, 如果电子设备受到电磁波干扰则会对其正常运行产生直接影响, 从而为人类生活造成诸多不便。因此在电磁干扰的抑制措施应用十分广泛。具体而言包括以下几个方面:

3.1 汽车设备

汽车运行过程中如果存在严重的电磁干扰, 则会导致设备的电子元器件直接损毁, 所以相对其它设备而言, 汽车领域的电子设备的电磁环境最为恶劣, 相应的人们往往也会将研究重点放在汽车电子设备的电磁兼容性研究上来。一些发达国家的环保部门规定汽车点火线只能采用带阻尼的屏蔽线, 以防止汽车电气噪声污染环境。此外, 为了使计算机在汽车的应用更加广泛, 滤波电路应用而生, 将其置于前级, 可以在电路系统入口处将大部分传导产生的干扰噪声消除;或者通过诸如变压器隔离或光电隔离等隔离电路来消除由于电源线、信号线及地线进入电路的传地而产生的干扰等;此外, 合理选择元器件、提高电路系统安排的合理性, 也可以最大程度上降低电磁干扰的影响。

3.2 微机设备

微机设备软件抗干扰的作用主要是内容保证内存数据的稳定性, 并保证程序指针。微机这种装置可以进行编程控制, 如果该系统中内存RAM的主要作用是对时数据进行测量与控制, 其内存空间相对较小, 针对存放的数据而言, 如果其采样结果采用几组数据的平均值, 则可以最大程度上数据在采集过程中受到干扰而影响其真实性。如果数据存储于随机内存, 由于干扰导致数据易发生变化或丢失, 则可以将相关检验标志设置于随机内存区;此外, 还可以采取措施在随机存储器芯片的写信号线上加触发装置, 该装置只有在CPU写数据时才会触发, 可有效减少干扰破坏随机内存区。

4 结语

总之, 电子技术应用十分广泛, 各种干扰设备也会存在各种复杂的辐射, 因此电磁干扰要彻底消除也不现实。不过基于电磁兼容性原理的指导, 可以通过技术措施将电磁干扰的影响控制在最小程度上, 以保证电子设备良好的兼容性。比如通信系统设计初期, 就采取严格的现场电波测试措施, 提高频率及极化方式选择的针对性, 以防止雷达或移动通信等杂波对其产生干扰;再比如在选择高压线路径时, 要尽可能的避开无线电台, 如果无法避开则将接收地段地形、地物的屏蔽作用充分利用起来等。因此实际工作中要在分析、排查电磁干扰的基础上, 研究电磁干扰产生的机理, 有效解决电磁兼容问题。

参考文献

[1]王芳.PCB分层设计中控制电磁干扰辐射[J].计算机与数字工程, 2012 (6) .

[2]李春梅.电磁干扰的机理与消除方法[J].山西电子技术, 2013 (3) .

[3]冯力.电磁干扰及其抑制技术[J].电子质量, 2013 (2) .

[4]洪瑞圭, 李林和.电子设备的电磁干扰及抑制分析[J].天津轻工业学院学报, 2012 (3) .

电子产品的电磁干扰分析和抑制措施 第8篇

电子电气产品在正常工作时, 同时向周围空间辐射电磁骚扰, 在辐射的骚扰场强往往在某些频率段超过限值将会影响周围电子设备和自身的正常工作。因此了解超标的原因和电磁发射和磁场干扰的抑制方法, 对产品电磁兼容 (EMC) 性设计十分重要。

1 电磁发射和磁场干扰的产生机理

1) 电磁发射

各种数字电路芯片和高频模拟电路芯片运行过程中, 因PCB走线或产品各部分连线的设计不合理而产生天线效应, 发出电磁波引起的射频干扰。当电磁波能量达到一定值时, 将会影响周围电子设备和自身的正常工作。

2) 磁场干扰

产品内部的电源线和高频工作的电感性元件工作时产生的磁场通过辐射方式干扰产品运行, 造成的工作紊乱。

2 电子产品的电磁发射及其抑制

在电子产品中, 数字电路芯片端口信号跳变沿的频率可达数百兆赫兹, 有些模拟电路信号频率达到兆赫兹以上, 这些数字或模拟信号都可能通过导线传导干扰或向空中辐射干扰, 影响电子设备自身并干扰其他电子设备。抑制电磁发射的基本措施有以下方法。

2.1 降低干扰信号的能量

1) 在不影响产品整体工作性能的前提下, 减小数字信号的跳变速率或降低数字信号的传输速度;

2) 采用贴片元件, 缩短高频工作芯片的外引脚, 减小传输高频信号走线的长度, 可抑制天线效应, 减少高频信号辐射能量。

2.2 隔离干扰信号的传播途径

在电子设备中接地是抑制电磁噪声和防止电磁干扰重要方法之一。最简单有效的隔离方法是屏蔽, 也称“屏蔽接地”, 指为抑制干扰而采用的屏蔽层 (体) 的接地, 以起到良好的抗干扰作用。常用的屏蔽有3种方法:

1) 采用导磁金属材料外壳封装, 外壳可靠接地 (大地) ;

2) 容易产生高频辐射的局部电路或IC芯片加金属屏蔽罩, 屏蔽罩接信号地;

3) 电路板中传输高速数字信号或高频模拟信号的走线两侧敷铜并接信号地, 实现与其他信号线的隔离。

2.3 滤波

滤波器既可抑制从电子设备引出的传导干扰, 又能抑制从电网引入的传导干扰。EMI (电磁干扰) 滤波器主要是用于抑制干扰的滤波器。EMI滤波器由线性元件电路组成, 安装在电源线与电子设备之间。它可使电源频率通过, 而阻止高频噪声通过, 对提高设备的可靠性有重要作用。

1) 直接在电路芯片电源引脚间接入去耦电容或去耦电阻电容, 滤除通过电源走线进入芯片的高频干扰信号;

2) 在产品交流220 V电源输入端设置电源滤波器, 防止产品工作时产生的高频干扰进入电网。

3 电磁能量的干扰机理及其抑制干扰来源

当电子产品中的高频导线 (或铜排) 中流过电流时, 在导线周围产生的磁场;开关电源的高频变压器及一切电感元件在工作时必然产生的漏磁通。上述磁通穿过芯片或敏感电路模块, 半导体中的带电粒子 (电子和空穴) 在磁场中受到洛伦兹力, 偏离原来的运动方向, 使芯片和模块的工作电流波形受磁场变化的调制而发生畸变, 导致这些芯片或电路模块的正常工作受到干扰。信号电流总是在闭合回路中流动。当外部干扰磁通穿越闭合回路包围的面积时, 会在闭合回路中感应电流, 同样会造成电流波形畸变。抑制电磁能量干扰的基本措施有以下方法。

3.1 屏蔽干扰磁场方法

最常用的抑制磁场辐射干扰的措施是采用导电或导磁材料屏蔽。

1) 变化的干扰磁通穿过导电材料 (如薄铜皮) 时, 会在其中产生涡流, 并生成方向相反的磁通, 可以削弱穿过导电屏蔽层的干扰磁通;

2) 高频变压器磁芯外包一层形成短路环的薄铜皮, 可有效抑制变压器漏磁通外泄;

3) 用导磁材料 (铁板或钢板) 做设备的机箱, 是整机磁屏蔽的常用方法。这种方法不仅可以抵抗外部干扰磁通进入电子设备, 而且能避免内部磁通外泄。屏蔽材料导磁性越好, 板越厚, 机箱不易发生磁饱和, 屏蔽效果也越好。

3.2 减小信号电流的回路面积

减小信号电流回路面积的目的是减少穿越其中的干扰磁通。常用措施:

1) 采用双绞线, 使信号电流的去线和回线紧密绞合, 可以缩小回包围的面积;

2) 用屏蔽线做外部引入的信号线。使用时将心线作为信号电流去线, 铜丝编织的屏蔽层作为信号电流的回线, 必须单端接信号地。这种方法的回路面积小于双绞线, 屏蔽层还能实现磁场屏蔽;

3) 在保证绝缘安全的前提下, PCB中的信号线与地线尽量靠近以缩小信号电流回路包围的面积;

4) 选用PCB上的IC芯片和电路模块时, 在保证电路功能的条件下, 应尽量选用电源进线引脚和零伏线引脚靠近的封装;

5) PCB设计时, 在确保绝缘安全的前提下, 使电源线和零伏线靠近布置。

4 结论

由于电子技术的广泛应用, 而且在电子设备运行过程中各种干扰是随机的, 要完全消除EMI (电磁干扰) 是不可能的。但是, 根据EMC (电磁兼容) 原理, 可以采取许多技术措施减小EMI, 使EMI控制到一定范围内, 从而保证系统或设备的EMC。但是, 随着电子系统的集成化、综合化, 以上措施的应用往往会与成本、质量、功能要求产生矛盾, 因此必须权衡利弊, 研究出最合理的措施来满足电子设备的EMC要求。保证设备的EMC是一项复杂的技术任务, 对于这个问题不存在万能的解决方法。只要掌握有关EMC的基本原理, 认真分析和试验, 就能找到合适的解决问题的方法。

参考文献

[1]钱振宇.电磁兼容测试和对策技术[J].电器技术.

[2]陈穷.电磁兼容性工程设计手册[M].北京:国防工业出版社.

飞机点火系统电磁干扰的分析及抑制 第9篇

飞机点火系统的电磁干扰主要以高强度、宽频带的传导和辐射耦合方式产生,由于点火装置中的功率开关电路在开关过程中电压变化率和电流变化率非常快,快速的电流变化和电压变化产生的浪涌电流和尖峰电压是产生电磁干扰的主要干扰源。而飞机点火系统中储能电路的充电放电,以及功率开关器件和次级线圈输出整流硅堆的电压、电流在高频工作时的快速开关切换,都会产生电磁干扰。因此为了减小或规避电磁干扰产生的影响,提高飞机点火系统的电磁兼容性能,根据飞机点火系统电磁干扰的产生机理来采取对应的抑制措施,在工程设计中尤为重要。

1 飞机点火系统电磁干扰机理分析

飞机点火系统由点火装置、点火电缆和点火电嘴组成。当点火装置接通机上电源时,通过滤波电路和频率控制电路,输出点火系统的火花频率控制信号;经过脉宽调制电路,输出功率开关变换电路的驱动信号;功率开关变换电路接收到驱动信号后,将低压直流电变换为高压脉冲电,经过高压整流电路整流后对储能电容器充电;放电电路接收到由频率控制电路和可控硅控制电路输出的点火系统的火花频率控制信号后,对储能电容器进行放电,输出高压脉冲电给点火电缆,点火电缆将高压脉冲电传输至点火电嘴发火端面,击穿发火间隙产生电火花以点燃飞机发动机燃烧室内的空气燃油混合气。图1为飞机点火系统的原理框图。

由于飞机点火系统高频高能脉冲工作的特点,电磁干扰的传导和辐射贯穿在整个点火系统的输入回路和输出回路中。其主要原因是点火装置在完成初级线圈和次级线圈能量转移时功率开关电路产生了高频干扰信号;当次级电路的充电电压达到要求值时,储存在储能电容中的高压脉冲电通过放电电路迅速释放,经点火电缆传输至点火电嘴的发火端面而产生雪崩式电容放电,放电特点为时间短、电流大;受这种雪崩式电容放电和高频变压器初次级间分布电容的综合复杂影响,使得电磁干扰信号在点火系统内部电路中耦合传导并向空间辐射。

2 点火装置功率开关电路中的干扰源

飞机点火系统中的点火装置大多采用由MOS开关电路和高频变压器组成的他激式直流变换开关电路原理,通过控制开关管的占空比来调节输出电压的高低,点火装置之所以产生电磁干扰是由于其中的开关变换电路的工作频率高(几十至上百kHz)、电压电流变化率大,且这种频带宽、谐波杂的电磁干扰信号通过电源线以共模和差模的方式向外传输干扰,同时又向周围空间辐射干扰。

2.1 功率开关管工作时产生的谐波干扰

在功率开关管导通瞬间,高频变压器初级线圈产生很大的涌流,并在初级线圈的两端出现较高的浪涌尖峰电压;在开关管关断瞬间,由于电流突变,高频变压器的初级线圈会有漏感产生,漏感中的能量在开关管快速开关切换瞬间产生的衰减振荡叠加在功率开关管的关断电压上,形成关断尖峰电压,这种干扰信号会耦合输入输出回路产生传导干扰。

2.2 次级高压整流硅堆的反向恢复时间引起的干扰

在点火装置次级线圈高频整流回路中的整流硅堆(二极管)正向导通瞬间,流过管子的正向电流较大;而在反向截止瞬间,电流会由于PN结中的载流子积累较多而产生反向流动,由于反向恢复时间太短(trr≤1μs),致使整流硅堆在反向截止瞬间产生很大的电流变化率,引起反向恢复电流的高频衰减振荡,因此,这种振荡信号也是点火系统电磁干扰的一个重要干扰源。

2.3 PCB布线及寄生参数引起的干扰

点火装置通常采用手动方式进行印制电路板(PCB)的线路布置和元器件的布局,布线和元器件布局的不合理也会引起点火系统电磁干扰的产生,尤其高频变压器初、次级之间在完成能量转移和储存时会产生很多的高频谐波分量。PCB布线的长和宽决定其阻抗和感抗,进而影响PCB线路的频率响应。另外,功率开关变换电路中分布参数的存在、点火系统高频变压器初次级线圈间分布电容和漏感的影响也是电磁干扰产生的原因之一,以高频变压器为例,电磁干扰信号会耦合高频变压器初、次级线圈间的分布电容传输至输入回路而发生传导干扰。

3 飞机点火系统电磁干扰的抑制措施

通过分析飞机点火系统电磁干扰产生的几种原因,应通过采取抑制(消除)干扰源、切断设备之间的传导辐射路径、提高受扰设备的抗扰能力等方法来进行抑制。目前,在飞机点火系统,尤其点火装置的功率开关电路的设计中,基本上都是采用切断干扰源和干扰设备之间的耦合路径,即屏蔽技术、滤波技术和接地技术等方法来抑制干扰源。

3.1 高频变压器的屏蔽设计

为了减小(切断)高频变压器初、次级间线圈由于分布电容耦合产生的电磁干扰信号,在高频变压器的初、次级线圈间接入屏蔽层,并将屏蔽层接地。加入屏蔽层后,由于次级回路中干扰信号向初级回路耦合的分布电容路径被屏蔽层屏蔽切断,通过对地电容释放,故次级回路中的电磁干扰分量不再通过分布电容向初级回路产生传导干扰。图2为不同变压器设计的点火装置电磁干扰信号传导路径。

3.2 EMI滤波器设计

在飞机点火系统中加入电源滤波器主要是为了抑制(消除)电源线的电磁干扰,电源线干扰分为共模干扰和差模干扰。共模干扰主要指电源线与地线之间的电位差,通常用共模滤波来抑制或消除;差模干扰主要指同一条电路上的电位差,采用差模滤波可抑制差模干扰。

图3为一种采用三端电容的EMI电源滤波器,其中C1、C2用于滤除差模干扰信号,C3、C4用于滤除共模干扰信号,电感线圈L为共模扼流圈,它为同向绕制在磁环上的一对线圈,对于共模干扰电流,两个线圈(串联在电源正线和电源负线的两个线圈)产生的磁场是同方向的,共模扼流圈表现出较大的阻抗,从而起到衰减信号的作用。而对于差模信号,两个线圈产生的磁场抵消,这样就不会对电源传导功能产生影响。

在高频电路中,普通两端电容器的引线具有电感分量,所以影响了其高频特性。而三端电容器在结构上可以做到与电容器串联的剩余电感分量很小,因此其插入损耗特性优于两端电容器,从而改善了电容器的高频特性,图3中的C3、C4为三端电容器(LC为三端电容器信号线上的等效串联电感),用于抑制或消除电路中的高频干扰信号。

3.3 PCB设计优化技术

为减小飞机点火系统的内部干扰,提高点火装置中功率开关电路的稳定性和可靠性,在点火装置电路PCB设计中应注意以下几点:①数字控制电路与模拟电路PCB布线应正确区分,不能交叉布置;②数字控制电路与模拟电路的电源应通过去耦电容正确去耦;③数字控制电路、模拟电路和采样电路应单点接地,以减小共阻干扰和地环影响;④布线时应注意相邻线之间的间距及信号性质,避免产生串扰;⑤ 减小地线阻抗;⑥减小高频变压器的漏电感、滤波电感的分布电容;⑦减小功率开关变换电路、EMI电源滤波电容电路所包围的面积;⑧减小次级整流电路与直流滤波电路所包围的面积;⑨采用谐振频率高的滤波电容器等。

4 总结

随着电子技术的迅速发展,飞机点火系统中功率开关器件的工作频率越来越高,控制高频电磁干扰信号的传导和辐射、提高飞机点火系统电磁兼容稳定性成为飞机点火系统设计中最为关键的技术。本文浅析了飞机点火系统电磁干扰产生的机理和抑制措施,在工程设计中可以起到一定的指导作用。

参考文献

[1]钱照明.电磁兼容设计基础及抗干扰抑制技术[M].杭州:浙江大学出版社,2000.

[2]陈穷.电磁兼容性工程设计手册[M].北京:国防工业出版社,1993.

[3]沙斐.机电一体化系统的电磁兼容技术[M].北京:中国电力出版社,1999.

[4]马西奎.电磁场理论及应用[M].西安:西安交通大学出版社,2000.

电磁干扰的抑制 第10篇

电动汽车因具有能源利用率高、节能环保等优点,使其得到了广泛的开发和利用,但电机驱动系统产生的电磁干扰能量大、频带宽,严重影响汽车装置中电力电子设备的电磁兼容性能[1]。

从相关文献来看,目前对电机驱动系统电磁干扰的抑制措施主要集中在系统屏蔽、电路滤波、N点接地、光电隔离等方面上[2]相比之下,对于安规电容和扼流圈结合起来抑制电磁干扰方面的研究较少。

本实验搭建电机驱动系统仿真模型,得到XY电容及其不同连接方式下对共模干扰/差模干扰(CM/DM)的抑制效果,并通过搭建实验平台测试验证。

1 实验原理

1.1 安规电容

根据标准IEC 60384-14规定,安规电容分为X电容和Y电容,按照允许的峰值脉冲电压,X电容可以分为X1、X2、X3;按照额定电压范围,Y电容可以分为Y1、Y2、Y3、Y4。XY电容结构如图1所示。

安规电容与扼流圈的连接方式主要有三种:X电容与差模扼流圈在前,Y电容与共模扼流圈在后;Y电容与共模扼流圈在前,X电容与差模扼流圈在后;XY电容典型连接方式。其中XY电容典型连接方式如图2所示。

图1和图2中C1,C2为X电容;CY1,CY2为Y电容;L1为共模扼流圈,L2,L3为差模扼流圈。

1.2 共模/差模干扰计算

图3中R1、R2为50 固定电阻,VR1,VR2分别为LISN测得的直流侧干扰电压值,由图可得到:

所以,由式(1)可得共模电压VCM和差模电压VDM为:

1.3 标准限值

国标GB9254-1998[3]规定,工业环境中的EUT为B级,其传导干扰限值如表1所示。

2 仿真测试

2.1 仿真模型

在saber中调用相应的元器件,考虑支撑电容和连接母排寄生参数的影响,搭建电机控制系统的仿真模型,如图4所示。

2.2 仿真结果

2.2.1 系统电磁干扰

模型中设置好相应参数,根据式(2),运用软件中自带的波形计算器,由系统中直流侧L、N线的混合干扰计算得到CM/DM干扰,如图5所示。

仿真结果表明,电机控制系统的电磁干扰强度较大,混合干扰分离后看出CM在50~85d Bu V之间,DM在30~65d Bu V之间,均超过了规定限值,且系统中的电磁干扰以共模干扰为主。

2.2.2 加XY电容

将XY电容和扼流圈按照三种不同连接方式分别接入仿真模型中的高压直流侧,计算得到相应的CM/DM干扰如图6所示。

仿真结果表明,三种连接方式都可以降低系统的共模/差模干扰,且对高频干扰(1MHz以上)的抑制效果相差不多,对低频干扰(1MHz以下)来说,前两种连接方式的抑制效果差不多,典型连接方式抑制效果最好。

3 实验测试

3.1 实验平台

根据GJB152A-97[4]中CE102测试的要求搭建测试平台,如图7所示。

图7(a)中数字1为直流电源,数字2为干扰提取器,数字3为XY电容(典型连接方式如b),数字4为DC/AC逆变器,数字5为电动机,数字6为控制器,数字7为PC机,数字8为频谱分析仪,环境温度为23℃,全部测试在屏蔽室中进行。

3.2 实验结果

实验中直流电源设置为200V,PWM开关频率为10k Hz,安规电容选择型号为X2、Y1,对系统初始干扰和加XY电容典型连接方式时直流侧的共模/差模干扰进行测量,如图8,图9所示。

实验表明,考虑频谱仪的衰减保护作用(Att10d B),系统共模干扰在50~90d Bu V之间,差模干扰在40~70d Bu V之间,超过了相关标准的允许限制;接入XY电容后,共模干扰降低到30d Bu V以下,差模干扰降低为20d Bu V以下,符合国家相关标准规定,与仿真结果基本一致,验证了XY电容对系统电磁干扰具有良好的抑制作用。

4 结束语

本文建立了基于仿真软件saber的电机控制系统模型,考虑支撑电容与连接母排的寄生参数影响,仿真得到了系统直流侧初始干扰,分别接入XY电容不同连接方式下的共模/差模干扰,通过在屏蔽室中搭建实验平台测试,验证了仿真数据的可靠性,证明了XY电容对系统电磁干扰具有良好的抑制作用,具有重要的工程实际意义。

摘要：电动汽车驱动系统在运行时产生的电磁兼容性问题越来越严重,就如何有效的抑制其产生的传导干扰问题成为一个技术难题。在saber中建立了电机驱动系统仿真模型,在传导干扰测试频率范围内,仿真了系统初始干扰和接入安规电容后的共模/差模干扰,并进行了相关实验。通过测试,得到了安规电容不同连接方式下对系统干扰的抑制效果,满足相关标准规定的干扰限值,对电力电子装置传导电磁干扰的抑制分析具有重要意义。

关键词：安规电容,电磁干扰,射频传导,抑制措施

参考文献

[1]孙宏.电动汽车电机驱动系统的传导电磁干扰研究[D].重庆大学.2012.

[2]马伟明,张磊,孟进.独立电力系统及其电力电子装置的电磁兼容[M].科学出版社.2007.

[3]GB 9254-1998.信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法[S]电磁兼容试验和测量技术.

[4]GJB151A-97/GJB152A-97.军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求[S].CE102电源传导发射.

[5]王凤琥,孙跃东.电动汽车传动系统方案研究[J].制造业自动化.2012.

[6]董明承.电动汽车电机驱动系统功率回路电磁干扰及抑制研究[D].北京理工大学.2015.

[7]李博.Y电容位置对航天DC_DC变换器传导干扰的影响[J].通信电源技术.2011.