電源的干擾及其抑制技術(shù)匯編

1、4 單片機測控系統(tǒng)(xtng)的抗干擾技術(shù)共二十五頁4.1 電源的干擾及其抑制(yzh)技術(shù)供電系統(tǒng)的抗干擾：大功率設(shè)備(shbi)；大感性負載;電網(wǎng)電壓大幅度浪涌與下陷(過壓、欠壓和短時間的尖峰電壓).穩(wěn)壓電源的抗干擾:直流電源(變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓)開關(guān)電源的抗干擾:共二十五頁一、供電系統(tǒng)(n din x tn)干擾與抑制供電系統(tǒng)(n din x tn)干擾主要種類： 電源線中的高頻干擾 供電電力線相當于一個接受天線，能把雷電、電弧、廣播電臺等輻射的高頻干擾信號通過電源變壓器初級耦合到次級，形成對單片機系統(tǒng)的干擾； 感性負載產(chǎn)生的瞬變噪音 切斷大容量感性負載時，能產(chǎn)生很大的電流和電壓變化

2、率，從而形成瞬變噪音干擾，成為電磁干擾的主要形式。 晶閘管通斷時的干擾 晶閘管通斷時的電流變化率很大，使得晶閘管在導通瞬間流過一個具有高次諧波的大電流，在電源阻抗上產(chǎn)生很大的壓降，從而使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，這種畸變了的電壓波形含有高次諧波，可以向空間輻射或通過傳導耦合，干擾其它設(shè)備。共二十五頁單片機系統(tǒng)(xtng)的抗干擾供電配置 共二十五頁供電系統(tǒng)(n din x tn)抗干擾措施： 1） 采用交流穩(wěn)壓器 交流穩(wěn)壓器用來保證供電的穩(wěn)定性，防止電源系統(tǒng)(xtng)的過電壓與欠電壓，有利于提高整個系統(tǒng)(xtng)的可靠性。 2） 采用隔離變壓器考慮到高頻噪聲通過變壓器主要不是靠初、次級線圈的互感耦

3、合，而是由初、次級間寄生電容耦合造成的。因此，隔離變壓器的初級和次級之間均用屏蔽層隔離，減少其分布電容， 以提高抗共模干擾的能力隔離變壓器共二十五頁一般變壓器原、副繞組之間雖也有隔離電路的作用，但在頻率(pnl)較高的情況下，兩繞組之間的電容仍會使兩側(cè)電路之間出現(xiàn)靜電干擾。為避免這種干擾，隔離變壓器的原、副繞組一般分置于不同的芯柱上，以減小兩者之間的電容；也有采用原、副繞組同芯放置的，但在繞組之間加置靜電屏蔽，以獲得高的抗干擾特性。靜電屏蔽就是在原、副繞組之間設(shè)置一片不閉合的銅片或非磁性導電紙，稱為屏蔽層。銅片或非磁性導電紙用導線連接于外殼。有時為了取得更好的屏蔽效果，在整個變壓器，還罩一個屏

4、蔽外殼。對繞組的引出線端子也加屏蔽，以防止其他外來的電磁干擾。這樣可使原、副繞組之間主要只剩磁的耦合，而其間的等值分布電容可小于0.01pF，從而大大減小原、副繞組間的電容電流，有效地抑制來自電源以及其他電路的各種干擾。共二十五頁共二十五頁3） 采用分散(fnsn)獨立功能塊供電在每塊系統(tǒng)功能模塊上用三端穩(wěn)壓集成塊(如7805、 7905、 7812、 7912等)組成穩(wěn)壓電源。 每個功能塊單獨對電壓過載進行保護，不會因某塊穩(wěn)壓電源故障而使整個系統(tǒng)破壞。共二十五頁4） 采用低通濾波器由諧波頻譜分析可知，電源系統(tǒng)的干擾源大部分是高次諧波， 因此采用低通濾波器濾去高次諧波， 以改善電源波形。在低壓

5、下，當濾波電路載有大電流時，宜采用小電感和大電容構(gòu)成濾波網(wǎng)絡(luò)；當濾波電路處于高電壓下工作時， 則應采用小電容和允許的最大電感構(gòu)成的濾波網(wǎng)絡(luò)。 5）盡量提高接口器件的電源電壓，提高接口的抗干擾能力。例如用光耦合器輸出端驅(qū)動(q dn)直流繼電器，選用直流24V繼電器比6V繼電器效果好。共二十五頁二、穩(wěn)壓電源的抗干擾(1)采用低通濾波器(2)減小電源的輸出阻抗，采用高質(zhì)量的穩(wěn)壓電源。(3)隔離變壓器接入電網(wǎng), (4)應用系統(tǒng)的供電線路和產(chǎn)生(chnshng)干擾的用電設(shè)設(shè)備分開供電。 (5)整流組件上并接濾波電容。濾波電容選用1 000 pF 0.01 F的瓷片電容, 接法參見圖 。 共二十五頁共

6、二十五頁(6)集成電路塊的VCC加旁路電容集成電路的開關(guān)高速動作時會產(chǎn)生噪聲，因此無論電源裝置提供的電壓多么穩(wěn)定，VCC和GND端也會產(chǎn)生噪聲。為了降低集成電路的開關(guān)噪聲，在印制線路板上的每一塊IC上都接入高頻特性好的旁路電容，將開關(guān)電流經(jīng)過的線路局限在板內(nèi)一個極小的范圍內(nèi)。旁路電容可用0.010.1F的陶瓷(toc)電容器，旁路電容器的引線要短而且緊靠需要旁路的集成器件的VCC或GND端，否則會毫無意義。共二十五頁三、開關(guān)電源的抗干擾1、開關(guān)電源噪聲產(chǎn)生的機理：來源于兩部分：（1）來自外部干擾源的噪聲（2）來自開關(guān)電源本省內(nèi)部電路的噪聲外部干擾源為電網(wǎng)工業(yè)設(shè)備(shbi)和無線電發(fā)射引起的噪

7、聲；開關(guān)電源本身的噪聲干擾可分為尖峰脈沖干擾和諧波干擾兩種，共二十五頁直流開關(guān)電源是一種脈寬調(diào)制型電源，由于脈沖頻率高達20kHZ，所以甩掉了傳統(tǒng)的工頻變壓器，具有體積小、重量輕、效率高（70）、電網(wǎng)電壓范圍大（2010）220V、電網(wǎng)電壓變化(binhu)時不會輸出過電壓或欠電壓、輸出電壓保持時間長等優(yōu)點。開關(guān)電源初、次級之間具有較好的隔離，對于交流電網(wǎng)上的高頻脈沖干擾有較強的隔離能力?，F(xiàn)在已有許多直流開關(guān)電源產(chǎn)品，一般都有幾個獨立的電源，如5V，12V，24V等。共二十五頁共二十五頁2、開關(guān)管工作時產(chǎn)生(chnshng)的諧波干擾 功率開關(guān)管在導通時流過較大的脈沖電流。例如橋式變換器的輸入

8、電流波形在阻性負載時近似為矩形波，其中(qzhng)含有豐富的高次諧波分量。當采用零電流、零電壓開關(guān)時，這種諧波干擾將會很小。另外，功率開關(guān)管在截止期間，高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變，也會產(chǎn)生尖峰干擾。 共二十五頁3、二極管的反向恢復時間(shjin)引起的干擾高頻整流(zhngli)回路中的整流(zhngli)二極管正向?qū)〞r有較大的正向電流流過，在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時，由于 PN 結(jié)中有較多的載流子積累，因而在載流子消失之前的一段時間里，電流會反向流動，致使載流子消失的反向恢復電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化（di / dt）。 共二十五頁4、交流(jioli)輸入回路產(chǎn)生的干擾

9、無工頻變壓器的開關(guān)電源輸入(shr)端整流管在反向恢復期間會引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。開關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量，通過開關(guān)電源的輸入(shr)輸出線傳播出去而形成的干擾稱之為傳導干擾；而諧波和寄生振蕩的能量，通過輸入(shr)輸出線傳播時，都會在空間產(chǎn)生電場和磁場。這種通過電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱為輻射干擾。 共二十五頁5、開關(guān)電源干擾(gnro)的抑制（1）浪涌的抑制瞬態(tài)抑制二極管(TVS)又叫鉗位型二極管，它的主要特點是在反向應用條件下，當承受一個高能量的大脈沖時，其工作(gngzu)阻抗立即降至極低的導通值，從而允許大電流通過，同時把電壓鉗制在預定水平，其響應時間僅為10-12毫秒

10、，因此可有效地保護電子線路中的精密元器件。 共二十五頁（2）濾波(lb)技術(shù)濾波是抑制傳導干擾的有效方法，在設(shè)備或系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計中具有(jyu)極其重要的作用。EMI濾波器作為抑制電源線傳導干擾的重要單元，可以抑制來自電網(wǎng)的干擾對電源本身的侵害，也可以抑制由開關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾。在濾波電路中，還采用很多專用的濾波元件，如穿心電容器、三端電容器、鐵氧體磁環(huán)，它們能夠改善電路的濾波特性。恰當?shù)卦O(shè)計或選擇濾波器，并正確地安裝和使用濾波器，是抗干擾技術(shù)的重要組成部分。 共二十五頁（3）屏蔽(pngb)技術(shù)采用屏蔽技術(shù)可以有效地抑制開關(guān)電源的電磁輻射干擾，即用電導率良好的材料對電場進行屏蔽

11、，用磁導率高的材料對磁場進行屏蔽。屏蔽有兩個目的，一是限制內(nèi)部輻射的電磁能量泄漏出，二是防止外來的輻射干擾進入該內(nèi)部區(qū)域。其原理是利用屏蔽體對電磁能量的反射、吸收(xshu)和引導作用。為了抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的輻射，電磁干擾對其他電子設(shè)備的影響，可完全按照對磁場屏蔽的方法來加工屏蔽罩，然后將整個屏蔽罩與系統(tǒng)的機殼和地連接為一體，就能對電磁場進行有效的屏蔽。 共二十五頁（4）調(diào)制(tiozh)頻率控制 調(diào)制頻率（Modulate Frequency）控制是通過將開關(guān)信號的能量調(diào)制分布在一個(y )很寬的頻帶上，產(chǎn)生一系列的分立邊頻帶，則干擾頻譜可以展開，干擾能量被分成小份分布在這些分立頻段上，從而

12、實現(xiàn)了對開關(guān)電源電磁干擾的抑制。其主要原理是：將主開關(guān)頻率進行調(diào)制，在主頻帶周圍產(chǎn)生一系列的邊頻帶，從而將噪聲能量分布在很寬的頻帶上，降低了干擾。這種控制方法的關(guān)鍵是對頻率進行調(diào)制，使開關(guān)能量分布在邊頻的范圍，且幅值受調(diào)制系數(shù) 的影響（調(diào)制系數(shù) = f / fm， f 為相鄰邊頻帶間隔，fm 為調(diào)制頻率），一般 越大調(diào)制效果越好。共二十五頁（5）無源(w yun)緩沖電路控制開關(guān)變換器中電磁干擾是在開關(guān)管開關(guān)時刻產(chǎn)生的。以整流二極管為例，在開通時，其導通電流不僅引起大量的開通損耗，還產(chǎn)生很大的 di/dt，導致電磁干擾；而在關(guān)斷時，其兩端的電壓快速升高，有很大的 dv/dt，從而產(chǎn)生電磁干擾。緩沖電路不僅可以抑制開通時的 dv/dt、限制關(guān)斷時的 dv/dt，還具有電路簡單、成本(chngbn)較低的特點，因而得到了廣泛應用。但是傳統(tǒng)的緩沖電路中往往采用有源輔助開關(guān)，電路復雜不易控制，并有可能導致更高的電壓或電流應力，降低了可*性。因此許多新的無源緩沖器應運而生，共二十五頁本節(jié)小結(jié)(xioji)：電源的干擾及其抑制(yzh)供電系統(tǒng)的抗干擾穩(wěn)壓電源的抗干擾開關(guān)電源的抗干擾共二十五頁內(nèi)容摘要4 單片機測控系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)。為避免這種干擾，隔離變壓器的原、副繞組一般分置于不同的芯柱上，以減小兩者之間的電容。(2)減小電源的輸出阻抗，采用(ci