电磁干扰以及抗干扰措施的研究

电磁干扰以及抗干扰措施的研究

摘要抗干扰是一个非常复杂、实践性很强的问题。文章介绍了出现电磁干扰的常见原因、传播途径和干扰对象，针对经常出现的电磁干扰问题，提出了相应的抗干扰措施，并对这些方法的原理及应用环境进行了分析和研究。

关键词抗干扰；电磁干扰；原因；措施

1 电磁干扰产生的原因

电磁干扰问题不仅影响到电子仪器工作的质量，有时更是破坏整个系统正常运行的祸害。一种干扰现象可能是由若干个因素引起的。在系统调试过程中，很大部分工作是在处理电磁干扰问题。可以说，电磁干扰问题处理的好坏直接关系到整个系统能否稳定、可靠的运行，是系统需要解决的关键问题。步进电机在工作过程中，不断接受控制器产生的脉冲信号，信号的频率和个数控制着步进电机的转速和进给步数。由于信号是方波，同时电机各相绕组需按指定顺序轮流导通，对单片机控制回路会产生较大的电磁干扰，引起步进电机工作状态不稳定甚至损坏电器元件，直接影响到系统的可靠性[1]。

系统中主要的干扰源有：

（1）供电干扰。工作时，交流电网负载突变，产生瞬变电压波动，其幅值较大，可以经过直流稳压电源进入电子控制回路。

（2）控制器与步进电机驱动回路之间存在电磁干扰。驱动回路产生的干扰信号通过线路串入控制器，使控制器产生错误指令，从而导致步进电机“多步”或“丢步”。

（3）步进电机的电枢绕组通断频繁，当通电时，会产生较大的du/dt、di/dt 值，导致磁场耦合，形成严重的电磁干扰。当电枢绕组断电时，线圈中的磁场突然消失会产生很高的瞬变电压窜入控制回路，对系统中其他电子装置产生相当大的电能冲击，甚至损坏元件。

（4）布线不合理。同一回路或不同回路布线不合理，容易产生感生电动势，引起电磁干扰现象。

2 传播途径和干扰对象

干扰信号可以通过公共导线、电容、相邻导线的互感以及空间辐射等途径从干扰源耦合到敏感元件上[2]。系统电磁干扰的传播途径和干扰对象如图1所示。

图1 系统电磁干扰示意图

3 抗干扰的措施

3.1 信号传输通道的抗干扰设计

（1）光电隔离措施。采用光电耦合器可以切断控制系统与步进电机驱动器之间的电路联系。如果在电路中不采用光电隔离，外部的尖峰干扰信号会进入控制系统，引起控制器误动作，使控制系统发生混乱。系统采用6N137作为光电隔离芯片，它是一款用于单通道的高速光耦合器。

当电信号送入光电耦合器的输入端时，发光二极管通过电流而发光，光敏元件受到光照后产生电流，CE（5-4）两端导通；当输入端无信号时，发光二极管不亮，光敏三极管截止，CE不通。对于数字量，当输入为低电平“0”时，光敏三极管截止，输出为高电平“1”；当输入为高电平“1”时，光敏三极管饱和导通，输出为低电平“0”。光电耦合器能够有效抑制尖峰脉冲及各种噪声干扰的原因是：干扰噪声虽然有较大的电压幅度，但能量小，只能形成微弱电流，而光电耦合器输入部分的发光二极管是在电流状态下工作，一般导通电流为10—15mA，所以即使有很大幅度的干扰，由于不能提供足够的电流而被抑制掉[3]。

（2）整形电路设计。光栅尺输出信号为两路TTL方波，然而在系统工作过程中，由于电机及其驱动器会产生强烈的电磁干扰，致使两路方波上面叠加了大量的噪声信号，幅值大约为1V，频率为几千赫兹。如果对这两路信号不做任何处理，直接送入控制器，会引起控制器计数错误，原因是这些噪声的边沿足以触发控制器的外部中断，从而进入中断服务程序产生误计数。所以光栅信号在进入控制器之前有必要进行整形，从而将噪声信号消除掉。

系统采用LM393作为整形电路的核心器件，它是一款双比较器电路芯片，由两个独立、精确的电压比较器组成，失调电压不超过 2.0mV。两比较器是专门设计在电压范围较宽的单电源下工作，但在双电源下也能工作，并且其电源电流大小不受电源电压幅度大小影响。这些比较器有一个独特的性能，就是即使在单电源下工作，其输入共模电压范围也保持零电平[4]。

3.2 抗干扰其他措施

（1）合理布线。控制干扰源与被干扰元件的距离和相对方向，使敏感元件远离干扰源。系统中，光栅输出信号、控制器要远离步进电机及其驱动器。不同用途的联结线要分开，不走平行线。一个回路的布线在中间位置相互交叉且回路左右两半的面积要大致相等，减少感生电动势。导线宜选用屏蔽线。

（2）合理接地。各单元回路的接地必须按照一定顺序连接。地线中电流必须是从小信号单元流向大信号单元，避免形成大环形接地回路，降低相互之间电磁干扰的强度[5]。

4 结束语

在系统设计过程中不可避免地会遇到各种电磁干扰问题。如何找出其中的原因并能有效地排除现象是设计工作的重中之重。论文总结了电路中常见的电磁干扰以及产生的原因，并阐述了传播途径和干扰对象。最后给出了相应的抑制电磁干扰的措施，并在实验中得到了很好的验证，对其他工程设计人员具有一定的借鉴意义。

参考文献

[1] MCS51单片机系统电磁干扰测试研究[J].装备环境工程，2008，（04）：81-83.

[2] 马伟明.电力电子系统中的电磁兼容[M]. 武汉：武汉水利电力大学出版社，2000：31.

[3] 路宏敏.工程电磁兼容[M]. 西安：西安电子科技大学出版社，2003：117.

[4] 王威，徐抒岩，杨絮.抑制电磁干扰屏蔽技术的研究[J].制造业自动化，2011，33（10）：71-74.

[5] 邵涛，沈文光.电子电路中抗EMI设计[J].电子元件與材料，2002，21（10）：29-31.

郑振华（1984-），男，山东日照人；学历：硕士研究生，现就职单位：陕西航空职业技术学院，研究方向：机电一体化与工业机器人。