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电磁干扰,电场干扰与磁场干扰

点击次数:1081 更新时间:2023-06-06

电磁干扰(EMI, Electrical Magnetic Interference)可分为电场干扰与磁场干扰两种,电场与磁场是两种不同的性质,但两者之间的能量是会互相影响的,随时间变化的电场会产生磁场,而随时间变化的磁场也会产生电场,这些不断同相振荡的电场和磁场共同的形成了电磁干扰(电磁波)。



一般对于电场,我们可以用下面的电荷公式与电容公式来作解释,


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简单来说,任何的导体在电场下都可等效成一个带电的电容,其容值随着与周边另一个导体之间的距离/表面积/介质不同而有差异;如图9为两导体之间的电容图示,绿色导体与蓝色导体所等效的电容如图10所示,根据电容公式,容值会因两导体之间的距离愈远而变小,也会因两导体之间的截面积愈大而增大,而两导体之间的介质(介电系数)也会影响容值的大小。


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图9

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图10


当电容二端的电位在时间之内存在一电压差时,则会根据电荷公式(电压/时间的变化,如图12)而产生一电流,如图11红色箭头所示,而任何产生的电流必需经由另一路径回到自己出发时的位置而形成一电流回路,如棕色虚线箭头所示,此因电压变动造成的电流回路就会引起电场干扰。


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图11

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图12


因此,改善电场干扰的方式,就是减少其回路电流的方法,根据上面两个公式,我们可以藉由将耦合电容减小,像是减少两个导体之间接触的面积/增加其距离/变更中间的介质等方式来减少电容效应,或是减小电压差或时间变化率来减少电场感应。


而对于磁场,我们可用安培右手/法拉第定律


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来解释,当导体有电流流过时,在其周围就会依安培右手定律产生磁力线,如图13所示,因电流不可能单独存在,电流一定存在于回路之中,凡是电流流过的路径都会产生磁力线,而在一般的PCB板设计中(如图14所示),当电容形成一个电流回路时就会产生如虚线的磁力线,而磁力线经过的导体会因此产生感应电势,此即为磁场干扰。


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图13


图14


尤其是电流流经的导体在没有闭合回路的铁心时,因磁力线无法经由高导磁材料做回路,磁力线会经由外部空气做回路而让周围产生磁场(漏磁通),图15所示为一般变压器的磁力线,大多数的磁力线皆会经由高导磁材料(铁心)。




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