電子設(shè)備電磁干擾的產(chǎn)生及抑制

1、增刊山西焦煤科技Supp lem en t 2005年6月Shanx i Cok ing Coal Science&T echno logyJun.2005技術(shù)經(jīng)驗(yàn)電子設(shè)備電磁干擾的產(chǎn)生及抑制賈艷輝(山西焦煤職工總醫(yī)院摘要闡述了電子設(shè)備中電磁兼容問題的重要性,通過對(duì)電磁干擾產(chǎn)生的根源及途徑的分析,介紹了幾種抑制電磁干擾的方法及電磁干擾抑制在實(shí)際中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞電子設(shè)備;電磁兼容;電磁干擾隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展,電子設(shè)備將越來越廣泛地應(yīng)用于人類生活的各個(gè)領(lǐng)域,給人類生活帶來方便。但是電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用和發(fā)展,必然導(dǎo)致它們?cè)谄渲車臻g產(chǎn)生的電磁場(chǎng)電平的不斷增加。將不可避免給周圍事物

2、造成干擾,同時(shí)電子設(shè)備本身也將處于電磁環(huán)境(E M E中工作。這個(gè)電磁環(huán)境對(duì)電子設(shè)備造成影響。因此,必須解決電子設(shè)備在電磁環(huán)境中的適應(yīng)能力。電磁兼容性(E M C是一門關(guān)于抗電磁干擾(E M I影響的科學(xué)。目前,就世界范圍來說,電磁兼容性問題已經(jīng)形成一門新的學(xué)科。電磁兼容的中心課題是研究控制和消除電磁干擾,使電子設(shè)備或系統(tǒng)與其它設(shè)備聯(lián)系在一起工作時(shí),不引起設(shè)備或系統(tǒng)的任何部分的工作性能的惡化或降低。一個(gè)設(shè)計(jì)理想的電子設(shè)備或系統(tǒng)應(yīng)該既不輻射任何不希望的能量,又應(yīng)該不受任何不希望有的能量的影響。近年來,許多關(guān)于電磁干擾的國(guó)際及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相繼出臺(tái),用于限制電磁干擾,這對(duì)保證電子設(shè)備的正常工作和人民的正

3、常生活以及促進(jìn)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)更迅速發(fā)展,都起了重要的作用,同時(shí)也對(duì)電子設(shè)備的干擾能力和抗干擾能力提出了高的要求,這使得研究電子設(shè)備的電磁干擾產(chǎn)生的原因及抑制顯得尤為重要。1電磁干擾源各種形式產(chǎn)生的電磁干擾是影響電子設(shè)備電磁兼容性的主要因素,因此,研究干擾產(chǎn)生的根源是電磁兼容性設(shè)計(jì)中需要研究的重要內(nèi)容。1.1內(nèi)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。1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);2信號(hào)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;3設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部某些元件發(fā)熱,影響元件本身或其它元件的穩(wěn)定性造成的干擾;4大

4、功率和高電壓部件產(chǎn)生的磁場(chǎng)、電場(chǎng)通過耦合影響其它部件造成的干擾。1.2外部干擾外部干擾是指電子設(shè)備或系統(tǒng)以外的因素對(duì)線路、設(shè)備或系統(tǒng)的干擾,包括以下幾種。1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);2外部大功率的設(shè)備在空間產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng),通過互感耦合干擾電子線路、設(shè)備或系統(tǒng);3空間電磁波對(duì)電子線路或系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾;4工作環(huán)境溫度不穩(wěn)定,引起電子線路、設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部元器件參數(shù)改變?cè)斐傻母蓴_;5由工業(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干擾的傳遞途徑如果干擾信號(hào)的波長(zhǎng)又比被干擾的對(duì)象結(jié)構(gòu)尺寸小,或者干擾源與被干擾者之間的距離>波長(zhǎng) 2時(shí),干擾信號(hào)可以認(rèn)為是

5、輻射場(chǎng),它以平面電磁波形式向外輻射電磁場(chǎng)能量進(jìn)入被干擾對(duì)象的通路。干作者簡(jiǎn)介:賈艷輝男1969年出生1997年畢業(yè)于太原理工大學(xué)助理工程師太原030053擾信號(hào)以漏電和耦合形式,通過絕緣支承物等(包括空氣為媒介,經(jīng)公共阻抗的耦合進(jìn)入被干擾的線路、設(shè)備或系統(tǒng)。當(dāng)干擾信號(hào)的波長(zhǎng)比被干擾對(duì)象的結(jié)構(gòu)尺寸長(zhǎng),或者干擾源與干擾對(duì)象之間的距離>波長(zhǎng) 2時(shí),干擾信號(hào)可以認(rèn)為是似穩(wěn)場(chǎng),它以感應(yīng)場(chǎng)形式進(jìn)入被干擾對(duì)象的通路。干擾信號(hào)可以通過直接傳導(dǎo)方式引入線路、設(shè)備或系統(tǒng)。3電磁干擾抑制的原理3.1接地接地是抑制噪聲,防止干擾的一種方法。接地電是一個(gè)等電位點(diǎn)或等電位面,是電路或系統(tǒng)的基準(zhǔn)電位,但不一定為大地電

6、位。為了防止雷擊可能造成的損壞和工作人員的人身安全,電子設(shè)備的機(jī)殼和機(jī)房的金屬構(gòu)件等,必須與大地相連接,而且接地電阻一般要很小,不能超過規(guī)定值。電路的接地方式基本上有三類,即單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和混合接地。單點(diǎn)接地是指在一個(gè)線路中,只有一個(gè)物理點(diǎn)被定義為接地參考點(diǎn)。其它各個(gè)需要接地的點(diǎn)都直接接到這一點(diǎn)上;多點(diǎn)接地是指某一個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)接地點(diǎn)都直接接到距它最近的接地平面上,以使接地引線的長(zhǎng)度最短。接地平面,可以是設(shè)備的底板,也可以是貫通整個(gè)系統(tǒng)的地導(dǎo)線,在比較大的系統(tǒng)中,還可以是設(shè)備的結(jié)構(gòu)框架等;混合接地是將那些只需高頻接地點(diǎn),利用旁路電容和接地平面連接起來。但應(yīng)盡量防止出現(xiàn)旁路電容和引線電感構(gòu)成的

7、諧振現(xiàn)象。3.2濾波濾波是抑制和防止干擾的一項(xiàng)重要措施。濾波器可以顯著地減小傳導(dǎo)干擾的電平,因?yàn)楦蓴_頻譜成分不等于有用信號(hào)的頻率,濾波器對(duì)于這些與有用信號(hào)頻率不同的成分有良好的抑制能力,從而起到其它干擾抑制難以起到的作用。所以,采用濾波網(wǎng)絡(luò)無論是抑制干擾源和消除干擾耦合,或是增強(qiáng)接收設(shè)備的抗干擾能力,都是有力措施。用阻容和感容去耦合網(wǎng)絡(luò),能把電路與電源隔離開,消除電路之間的耦合,并避免干擾信號(hào)進(jìn)入電路。對(duì)高頻電路可采用兩個(gè)電容器和一個(gè)電感器(高頻扼流圈組成的CL C M型濾波器。濾波器的種類很多,選擇適當(dāng)?shù)臑V波器能消除不希望的耦合。屏蔽是濾波中較常用的方法,就是對(duì)兩個(gè)空間區(qū)域之間進(jìn)行金屬的隔離

8、,以控制電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁波由一個(gè)區(qū)域?qū)α硪粋€(gè)區(qū)域的感應(yīng)和輻射。具體講,就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個(gè)系統(tǒng)的干擾源包圍起來,防止干擾電磁場(chǎng)向外擴(kuò)散;用屏蔽體將接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)包圍起來,防止它們受到外界電磁場(chǎng)的影響。因?yàn)?屏蔽體對(duì)來自導(dǎo)線、電纜、元部件、電路或系統(tǒng)等外部的干擾電磁波和內(nèi)部電磁波均起著吸收能量(渦流損耗、反射能量(電磁波在屏蔽體上的界面反射和抵消能量(電磁感應(yīng)在屏蔽層上產(chǎn)生反向電磁場(chǎng),可抵消部分干擾電磁波的作用,所以屏蔽體具有減弱干擾的功能。有時(shí)候采用屏蔽后仍不能滿足抑制和防止干擾的要求,可以結(jié)合屏蔽,采取平衡措施等電路技術(shù)。平衡電路是指雙線電路中的兩根導(dǎo)線與連接

9、到這兩根導(dǎo)線的所有電路,對(duì)地或?qū)ζ渌鼘?dǎo)線都具有相同的阻抗。其目的在于使兩根導(dǎo)線所檢拾到的干擾信號(hào)相等。這時(shí)的干擾噪聲是一個(gè)共態(tài)信號(hào),可在負(fù)載上自行消失。另外,還可采用其它一些電路技術(shù),例如接點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)、整形電路,積分電路和選通電路等等?？傊?采用電路技術(shù)也是抑制和防止干擾的重要措施。4電磁干擾抑制的應(yīng)用由于電子技術(shù)在各行各業(yè)中的廣泛應(yīng)用,在人類活動(dòng)的空間無處不充斥著電磁波,因此,電子設(shè)備不解決電磁波干擾問題,就不能兼容工作。在實(shí)際應(yīng)用中,人們?cè)谘芯靠垢蓴_技術(shù)方面也積累了大量的經(jīng)驗(yàn),不斷地研究出許多實(shí)用的方法來消除電磁干擾。汽車工作時(shí),電磁干擾相當(dāng)突出,嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞電子元器件。因此,汽車電子設(shè)備的電

10、磁環(huán)境最為惡劣,汽車電子設(shè)備的電磁兼容性問題也特別受到人們的重視。汽車點(diǎn)火所產(chǎn)生的高頻輻射最為突出。日本和美國(guó)等先進(jìn)國(guó)家的環(huán)保部門為防止汽車電氣噪聲對(duì)環(huán)境的污染,規(guī)定只能使用帶阻尼(如碳芯的屏蔽線作為點(diǎn)火線,實(shí)踐表明這是很有效的措施。為了解決微電技術(shù),尤其是計(jì)算機(jī)在汽車上的應(yīng)用和推廣,根據(jù)需要和實(shí)際要求,可以設(shè)計(jì)出效果良好的濾波電路,置于前級(jí)可使大多數(shù)因傳導(dǎo)而進(jìn)83山西焦煤科技2005年增刊入系統(tǒng)的干擾噪聲消除在電路系統(tǒng)的入口處;可以設(shè)置隔離電路,如變壓器隔離和光電隔離等解決通過電源線、信號(hào)線和地線進(jìn)入電路的傳導(dǎo)干擾,同時(shí)阻止因公共阻抗、長(zhǎng)線傳輸而引起的干擾;也可以設(shè)置能量吸收回路,從而減少電

11、路、器件吸收的噪聲能量;或通過選擇元器件和合理安排電路系統(tǒng),使干擾的影響減小。微機(jī)設(shè)備的軟件抗干擾主要是穩(wěn)定內(nèi)存數(shù)據(jù)和保證程序指針。微機(jī)是一個(gè)可編程控制裝置,軟件可以支持和加強(qiáng)硬件的抗干擾能力。如果微機(jī)系統(tǒng)中隨機(jī)內(nèi)存RAM 主要用于測(cè)量和控制時(shí)數(shù)據(jù)的暫時(shí)存放,內(nèi)存空間較小,對(duì)存放的數(shù)據(jù)而言,若將采集到的幾組數(shù)據(jù)求平均值作為采樣結(jié)果,可避免在采集時(shí)因干擾而破壞了數(shù)據(jù)的真實(shí)性;如果存放在隨機(jī)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)因干擾而丟失或者數(shù)據(jù)發(fā)生變化,可以在隨機(jī)內(nèi)存區(qū)設(shè)置檢驗(yàn)標(biāo)志;為了減少干擾對(duì)隨機(jī)內(nèi)存區(qū)的破壞,可在隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片的寫信號(hào)線上加觸發(fā)裝置,只有在CPU 寫數(shù)據(jù)時(shí)才發(fā)。軟件抗干擾的措施也很多,如數(shù)字濾波程

12、序、抗窄脈沖的延時(shí)程序、邏輯狀態(tài)的真?zhèn)闻袆e等。有時(shí)候,必須采用軟件和硬件相結(jié)合的辦法才能抑制干擾,常用的辦法是設(shè)置一個(gè)定時(shí)器,從而保護(hù)程序正常運(yùn)行。由于電子技術(shù)應(yīng)用廣泛,而且各種干擾設(shè)備的輻射很復(fù)雜,要完全消除電磁干擾是不可能的。但是,根據(jù)電磁兼容性原理,可以采取許多技術(shù)措施減小電磁干擾,使電磁干擾控制到一定范圍內(nèi),從而保證系統(tǒng)或設(shè)備的兼容性,例如,通信系統(tǒng)最初設(shè)計(jì)時(shí),就應(yīng)該嚴(yán)格進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)電波測(cè)試,有針對(duì)性地選擇頻率及極化方式,避開雷達(dá)、移動(dòng)通信等雜波干擾;高壓線選擇路徑時(shí),應(yīng)盡量繞開無線電臺(tái)(站或充分利用接收地段的地形、地物屏蔽;接收設(shè)備與工業(yè)干擾源設(shè)備適當(dāng)配置,使接收設(shè)備與各種工業(yè)干擾源離開

13、一定距離;在微波通信電路設(shè)計(jì)中,為了減少干擾,可采用天線高低站方式調(diào)整微波電路反射點(diǎn),并利用山頭阻擋反射波,使之不能對(duì)直射波形成干擾。另外,微波鐵塔是獨(dú)立的高大建筑物,應(yīng)采用完善的接地、屏蔽等避雷措施。5結(jié)束語(yǔ)電磁干擾對(duì)電子設(shè)備的正常工作有著很大的影響,可能造成設(shè)備的不正常工作。因此,研究干擾產(chǎn)生的原因及抑制的方法在實(shí)際中的應(yīng)用,對(duì)于生產(chǎn)生活有著重要的意義。重要的是掌握有關(guān)電磁兼容的基本原理,認(rèn)真分析和試驗(yàn),就能選擇合適的解決問題方法。收稿日期2005-04-03參考文獻(xiàn)1李實(shí),宋建平,李創(chuàng)社.瞬變電磁儀中幾種干擾的消除方法J .西安交通大學(xué)學(xué)報(bào),2001.(4.2李海青,苗河生.優(yōu)化印制電路

14、板地線設(shè)計(jì)J .物探裝備,2002.(2:3537.Produce and Restra i n i ng of Electromagnetis m I n terference onElectron Equip m en tJ I A Yanhu iAbstract In the p ap er ,the i m po rtance of electrom agnetis m com p atib ility is set fo rth in electron e 2qu i pm en t and a few m ethods restrain ing electrom agnetis m in terference are in troduced by analyzing the roo t and app roach that the electrom agnetis m in terference resu lts from .L