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電磁干擾,電場干擾與磁場干擾
電磁干擾(EMI, Electrical Magnetic Interference)可分為電場干擾與磁場干擾兩種,電場與磁場是兩種不同的性質(zhì),但兩者之間的能量是會互相影響的,隨時(shí)間變化的電場會產(chǎn)生磁場,而隨時(shí)間變化的磁場也會產(chǎn)生電場,這些不斷同相振蕩的電場和磁場共同的形成了電磁干擾(電磁波)。
一般對于電場,我們可以用下面的電荷公式與電容公式來作解釋,
簡單來說,任何的導(dǎo)體在電場下都可等效成一個(gè)帶電的電容,其容值隨著與周邊另一個(gè)導(dǎo)體之間的距離/表面積/介質(zhì)不同而有差異;如圖9為兩導(dǎo)體之間的電容圖示,綠色導(dǎo)體與藍(lán)色導(dǎo)體所等效的電容如圖10所示,根據(jù)電容公式,容值會因兩導(dǎo)體之間的距離愈遠(yuǎn)而變小,也會因兩導(dǎo)體之間的截面積愈大而增大,而兩導(dǎo)體之間的介質(zhì)(介電系數(shù))也會影響容值的大小。
圖9
圖10
當(dāng)電容二端的電位在時(shí)間之內(nèi)存在一電壓差時(shí),則會根據(jù)電荷公式(電壓/時(shí)間的變化,如圖12)而產(chǎn)生一電流,如圖11紅色箭頭所示,而任何產(chǎn)生的電流必需經(jīng)由另一路徑回到自己出發(fā)時(shí)的位置而形成一電流回路,如棕色虛線箭頭所示,此因電壓變動造成的電流回路就會引起電場干擾。
圖11
圖12
因此,改善電場干擾的方式,就是減少其回路電流的方法,根據(jù)上面兩個(gè)公式,我們可以藉由將耦合電容減小,像是減少兩個(gè)導(dǎo)體之間接觸的面積/增加其距離/變更中間的介質(zhì)等方式來減少電容效應(yīng),或是減小電壓差或時(shí)間變化率來減少電場感應(yīng)。
而對于磁場,我們可用安培右手/法拉第定律
來解釋,當(dāng)導(dǎo)體有電流流過時(shí),在其周圍就會依安培右手定律產(chǎn)生磁力線,如圖13所示,因電流不可能單獨(dú)存在,電流一定存在于回路之中,凡是電流流過的路徑都會產(chǎn)生磁力線,而在一般的PCB板設(shè)計(jì)中(如圖14所示),當(dāng)電容形成一個(gè)電流回路時(shí)就會產(chǎn)生如虛線的磁力線,而磁力線經(jīng)過的導(dǎo)體會因此產(chǎn)生感應(yīng)電勢,此即為磁場干擾。
圖13
圖14
尤其是電流流經(jīng)的導(dǎo)體在沒有閉合回路的鐵心時(shí),因磁力線無法經(jīng)由高導(dǎo)磁材料做回路,磁力線會經(jīng)由外部空氣做回路而讓周圍產(chǎn)生磁場(漏磁通),圖15所示為一般變壓器的磁力線,大多數(shù)的磁力線皆會經(jīng)由高導(dǎo)磁材料(鐵心)。