電磁干擾與電磁兼容.doc

2012年5月18日電子設(shè)備中的電磁干擾與電磁兼容 摘 要 電磁干擾(EMI) 是干擾電纜信號并降低信號完好性的電子噪音。電磁兼容性(EMC)是指設(shè)備(或系統(tǒng))在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并且對其環(huán)境中的任何設(shè)備不產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。 數(shù)字電子元件及設(shè)備處于強(qiáng)電流及高壓電磁場中, 使這些設(shè)備的抗電磁干擾能力在設(shè)備設(shè)計和運(yùn)行中已成為不可忽視的因素。特別是電力開關(guān)在分?jǐn)噙^程中產(chǎn)生高強(qiáng)度的電磁脈沖更易導(dǎo)致此類電子系統(tǒng)失靈而引起誤動作, 而由此造成的經(jīng)濟(jì)損失可能是不可估量的。所以我們一定要重視電子設(shè)備中的電磁干擾與電磁兼容的問題。關(guān)鍵詞 電磁干擾(EMI) 電磁兼容性(EMC) 電子元件1. 引言電磁干擾是影響電子設(shè)備電磁兼容性的主要因素,其分類方法有多種,詳細(xì)如下: 一般來說電磁干擾源分為兩大類:天然干擾源與和人為干擾源。天然干擾源主要指于大氣層的天電噪聲、地球外層空間的宇宙噪聲。它們是地球電磁環(huán)境的基本組成要素,又是對無線電通信和空間技術(shù)造成干擾的干擾源。人為干擾源是指有機(jī)電或其它人工裝置產(chǎn)生的電磁能量干擾,其中專門用來發(fā)射電磁能量的裝置稱為有意發(fā)射干擾源,如廣播、電視、通訊、雷達(dá)和導(dǎo)航等無線電設(shè)備。另一部門是在完成自身功能的同時附帶產(chǎn)生電磁能量的發(fā)射稱為無意發(fā)射干擾源,如交通車輛、排擊輸電線、照明用具、電念頭械、家用電器以及產(chǎn)業(yè)、醫(yī)用射頻設(shè)備等等。從電磁干擾屬性來分,可以分為功能型干擾源和非功能性干擾源。功能性干擾源系指設(shè)備實(shí)現(xiàn)功能過程中造成對其他設(shè)備的直接干擾;非說功能性干擾源是指用電裝置在實(shí)現(xiàn)自身功能的同時伴隨產(chǎn)生或附加產(chǎn)生的副作用,如開封閉合或堵截產(chǎn)生的電弧放電干擾。從干擾信號的頻率范圍來分。可以把干擾源分為工頻與音頻干擾源(50Hz及其諧波)、甚低頻干擾源(30Hz以下)、載頻干擾源(10kHz300kHz)、射頻及視頻干擾源(300kHz)、微波干擾源(300MHz100GHz)。從電子設(shè)備的內(nèi)外因素來分,可分為內(nèi)部干擾和外部干擾。內(nèi)部干擾是指電子設(shè)備內(nèi)部各元部件之間的相互干擾,包括以下幾種:工作電源通過線路的分布電容和絕緣電阻產(chǎn)生漏電造成的干擾(與工作頻率有關(guān));信號通過地線、電源和傳輸導(dǎo)線的阻抗互相耦合,或?qū)Ь€之間的互感造成的干擾;設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部某些元件發(fā)燒,影響元件本身或其它元件的不亂性造成的干擾;大功率和高電壓部件產(chǎn)生的磁場、電場通過耦合影響其它部件造成的干擾。外部干擾是指電子設(shè)備或系統(tǒng)以外的因素對線路、設(shè)備或系統(tǒng)的干擾,包括以下幾種:外部的高電壓、電源通過絕緣漏電而干擾電子線路、設(shè)備或系統(tǒng);外部大功率的設(shè)備在空間產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場,通過互感耦合干擾電子線路、設(shè)備或系統(tǒng);空間電磁波對電子線路或系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾;工作環(huán)境溫度不不亂,引起電子線路、設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部元器件參數(shù)改變造成的干擾;由產(chǎn)業(yè)電網(wǎng)供電的設(shè)備和由電網(wǎng)電壓通過電源變壓器所產(chǎn)生的干擾。2. 電磁兼容（EMC）的分析EMC 分析包括分析電子線路的輻射程度及抗干擾能力以及系統(tǒng)集成的電磁兼容性能。由于電器設(shè)備通常用于大電流、高電壓的分?jǐn)? 與其集成的數(shù)字式電子控制與監(jiān)控為高靈敏元件。這就要分析該設(shè)備可能產(chǎn)生的最大電磁輻射, 并通過設(shè)計使其電磁輻射限制在特定的范圍之內(nèi)。同時找到該設(shè)備所附電子電路的敏感元件并分析其電磁敏感性。電磁干擾與兼容是一個非常復(fù)雜的問題, 涉及面很廣, 要考慮產(chǎn)品本身的靜態(tài)與動態(tài)操作特性, 操作環(huán)境, 電子元器件的相互電磁干擾性, 印刷電路板( PCB) 的布線之間的電磁耦合與元件間的干擾。設(shè)計還要考慮電磁屏蔽、接地、耦合、電線間距等。電磁干擾與抗干擾有多種分析方法, 如傳統(tǒng)的測試法、經(jīng)驗(yàn)分析法和現(xiàn)代的數(shù)值分析法。測試是傳統(tǒng)采用的方法, 但在目前高速電子時代( 300 MHz) 要求產(chǎn)品設(shè)計周期短, 傳統(tǒng)的測試法已呈現(xiàn)其缺點(diǎn), 即設(shè)計成本高、周期長。隨著高頻數(shù)值分析法及高速大容量計算機(jī)的發(fā)展, 計算機(jī)輔助工程法( CAE) 在電磁兼容分析與設(shè)計中具有越來越重要的地位。數(shù)值分析法常用的有時域有限差分法、矩量法、傳輸線法、部分單元等效電路法、快速多極法及混合法等。3. 保證設(shè)備的電磁兼容性電子設(shè)備所發(fā)生的電磁干擾與電子設(shè)備所處的電磁環(huán)境,各電子設(shè)備之間的相互影響,以及電子設(shè)備內(nèi)部的元件和部件之間的電磁耦合有關(guān)。設(shè)干擾源N 的作用功率為Pi n ( n = 1 , 2 , ) ,而被干擾設(shè)備M 的能夠承受的電磁干擾的容限為Prm ( m = 1 , 2 ,) ,則干擾功率Pam n 可以用下式?jīng)Q定:Pam n = Pi n Kim n Kpm n Ksm n (1)式中:Kim n :干擾源N 對被干擾源設(shè)備M 產(chǎn)生干擾作用的有效作用系數(shù);Kpm n :干擾源N 對被干擾源設(shè)備M 產(chǎn)生干擾的耦合作用系數(shù)；當(dāng)干擾功率Pam n 大于受干擾設(shè)備的容限Prm時,就需要采取措施改善電磁兼容特性。當(dāng)Pam n Prm 時,可以采取措施減小干擾源作用功率Pi n 或減小干擾源對被干擾.備M 的干擾的有效作用的成分(即減小)也可以采取措施降低干擾源N對被干擾.備M 產(chǎn)生干擾的耦合作用系數(shù).如減小耦合電容,減小耦合電感或切斷公共阻抗的耦合的渠道；也可以采取措施降低被干擾設(shè)備M的電磁干擾敏感度或提高被干擾設(shè)備M的承受干擾的容限4 電磁兼容性設(shè)計的基本原理 4.1 接地接地有三個作用:接地使整個電路系統(tǒng)中的所有單元電路都有一個公共的參考零電位,保證電路系統(tǒng)能不亂地干作。防止外界電磁場的干擾。機(jī)殼接地可以使得因?yàn)殪o電感應(yīng)而積累在機(jī)殼上的大量電荷通過大地泄放,否則這些電荷形成的高壓可能引起設(shè)備內(nèi)部的火花放電而造成干擾。保證安全工作。當(dāng)發(fā)生直接雷電的電磁感應(yīng)時,可避免電子設(shè)備的毀壞;當(dāng)工頻交流電源的輸入電壓因絕緣不良或其它原因直接與機(jī)殼相通時,可避免操縱職員的觸電事故發(fā)生。因此,接地是按捺噪聲防止干擾的主要方法。為了防止雷擊可能造成的人身安全和設(shè)備損壞,電子設(shè)備的機(jī)殼等,必需用接地保護(hù)。4.2 屏蔽屏蔽體具有減弱干擾的功能。選擇屏蔽體材料的原則有以下幾點(diǎn):當(dāng)干擾電磁場的頻率較高時,利用低電阻率的金屬材料中產(chǎn)生的渦流,形成對外來電磁波的抵消作用,從而達(dá)到屏蔽的效果。當(dāng)干擾電磁波的頻率較低時,要采用高磁導(dǎo)率的材料,從而使磁力線限制在屏蔽體內(nèi)部,防止擴(kuò)散到屏蔽的空間去。在某些場合下,假如要求對高頻和低頻電磁場都具有良好的屏蔽效果時,往往采用不同的金屬材料組成多層屏蔽體。4.3 其它按捺干擾方法濾波。濾波是按捺和防止干擾的一項(xiàng)重要措施。濾波器可以明顯地減小傳導(dǎo)干擾的電平,對于干擾信號有良好的按捺能力,從而起到其它干擾按捺難以起到的作用。準(zhǔn)確選用無源元件。元件本身可能就是一個干擾源,因此準(zhǔn)確選用無源元件非常重要。有時也可以利用元件具有的特性進(jìn)行按捺和防止干擾?？傊?保證設(shè)備的電磁兼容性是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)任務(wù),有效地解決電磁兼容題目在日常出產(chǎn)糊口中具有重要的意義。我們要在這方面有所突破,有所發(fā)展,就要把握有關(guān)電磁兼容的基本原理,當(dāng)真分析,敢于立異,就一定能找到比較穩(wěn)妥的解決題目方法。5. 電子設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計電子設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計的原理設(shè)計圖如下：圖2為通過數(shù)值模擬與仿真法得到的輻射頻譜分布圖。由圖可分析該電子線路的電磁輻射是否達(dá)到產(chǎn)品的EMC 標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計技術(shù)指標(biāo)的要求。圖3為該電子電路的電磁輻射三維坐標(biāo)分布圖, 可清楚地看到高電磁輻射區(qū)域。如該區(qū)域的電磁輻射超越設(shè)計要求, 需采取措施減低其輻射量。6. 結(jié)語在電子設(shè)備的制造中一定要考慮電磁干擾與電磁兼容的問題，只有考慮了這些因素，并積極地找到解決這些原因的方法，