電磁兼容的概念及設(shè)計方法

電磁兼容的概念及設(shè)計方法大,中閻秀生，寧天夫，郭祥玉，郭云志時間:2011年07月08日字體：大,中關(guān)鍵詞:電磁兼容；電磁干擾；設(shè)計1引言1822年安培提出了一切磁現(xiàn)象的根源是電流的假說。1831年法拉第發(fā)現(xiàn)變化的磁場在導(dǎo)線中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的規(guī)律。1864年麥克斯韋全面論述了電和磁的相互作用，提出了位移電流的理論，總結(jié)出麥克斯韋方程，預(yù)言電磁波的存在，麥克斯韋的電磁場理論是研究電磁兼容的理論基礎(chǔ)。1881年英國科學(xué)家希維賽德發(fā)表了“論十?dāng)_”的文章，標(biāo)志著電磁兼容性研究的開端。1888年德國科學(xué)家赫茲首創(chuàng)了天線，第一次把電磁波輻射到自由空間，同時又成功地接收到電磁波。從此開始了電磁兼容性的實驗研究。1889年英國郵電部門研究了通信中的十?dāng)_問題，使電磁兼容性研究開始走向工程化。1944年德國電氣工程師協(xié)會制訂了世界上第一個電磁兼容性規(guī)范VDE0878，1945年美國頒布了第一個電磁兼容性軍用規(guī)范JAN—I—225。我國從1983年開始也陸續(xù)頒布了一系列有關(guān)電磁兼容性規(guī)范。雖然電磁十?dāng)_問題由來已久，但電磁兼容這個新興的綜合性學(xué)科卻是近代形成

的。主要研究和應(yīng)用的內(nèi)容包括：電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；分析和預(yù)測；設(shè)計；

實驗測量；開發(fā)屏蔽材料；培訓(xùn)教育和管理等。2電磁兼容的重要性2.1為了電子設(shè)備工作的可靠性電磁兼容性是指電子設(shè)備在電磁環(huán)境中正常工作的能力。電磁十?dāng)_是對電子設(shè)備工作性能有害的電磁變化現(xiàn)象。電磁十?dāng)_不僅影響電子設(shè)備的正常工作，甚至造成電子設(shè)備中的某些元器件損害。因此，對電子設(shè)備的電磁兼容技術(shù)要給予充分的重視。既要注意電子設(shè)備不受周圍電磁十?dāng)_而能正常工作，又要注意電子設(shè)備本身不對周圍其它設(shè)備產(chǎn)生電磁十?dāng)_，影響其它設(shè)備正常運行。2.2為了電子設(shè)備的國際接軌近來，電磁兼容性已由事后處理發(fā)展到預(yù)先分析、預(yù)測和設(shè)計。電磁兼容已成為現(xiàn)代工程設(shè)計中的重要組成部分。電磁兼容性達標(biāo)認證已由一個國家范圍向全球地區(qū)發(fā)展，使電磁兼容性與安全性、環(huán)境適應(yīng)性處于同等重要地位。例如，歐共體將產(chǎn)品的電磁兼容性要求納入技術(shù)法規(guī)，強制執(zhí)行89/336/EEC指令，規(guī)定從1996年1月1日起電氣和電子產(chǎn)品必須符合電磁兼容性要求，并加貼CE標(biāo)志后才能在市場銷售。為了與國際接軌，我國外經(jīng)部和國家出入境檢驗局于1999年1月起對個人計算機、顯示器、打印機、開關(guān)電源、電視機和音響設(shè)備實施電磁兼容性強制檢測。國家技術(shù)監(jiān)督局規(guī)定從2002年10月起陸續(xù)對聲音和電視廣播設(shè)備、信息技術(shù)設(shè)備、家用電器、電動工具、電源、照明電器、電點火驅(qū)動裝置、金融結(jié)算電子設(shè)備、安防電子產(chǎn)品和低壓電器實施電磁兼容性強制性認證。2.3為了人身和某些特殊材料的安全電磁波通過與電爆裝置的控制電路感應(yīng)耦合，形成的干擾電流可能引起電爆裝置的爆炸。因此GJB786中規(guī)定，電引爆器導(dǎo)線上的電磁十?dāng)_感應(yīng)電流和電壓必須小于最大不發(fā)火電流和電壓的15%。另外，各種燃油在強電磁場的作用下（直接照射、電火花、靜電放電）有發(fā)生燃燒和爆炸的危險；電磁能量通過對人體組織的物理化學(xué)作用會產(chǎn)生有害的生理效應(yīng)。因此，為了人身和某些特殊材料的安全，GJB786中還規(guī)定，電子設(shè)備的電磁輻射量連續(xù)波的平均功率密度不允許超4mW/cm2，脈沖波的平均功率密度不允許超過2mW/cm2。2.4為了當(dāng)今和未來戰(zhàn)爭的需要核爆炸時產(chǎn)生的電磁脈沖，以光速向外輻射傳播，其電場強度可達105V/m，磁場強度可達260A/m，脈沖寬度為20ns量級，電磁脈沖峰值處頻率為105Hz。這種電磁脈沖作用于電子設(shè)備時，輕者造成電子設(shè)備性能惡化，重者造成電路元器件損壞。特別是在當(dāng)今和未來戰(zhàn)爭中，已經(jīng)應(yīng)用的電磁脈沖彈和正在研制的高功率微波武

器都具有類似核爆炸時產(chǎn)生的電磁脈沖輻射，將對電子設(shè)備構(gòu)成致命威脅。而電

磁兼容可以為對抗這種威脅提供基本技術(shù)指導(dǎo)。3電磁兼容的設(shè)計思路為了提高電子設(shè)備的電磁兼容能力，必須從開始設(shè)計時就給予電磁兼容性以足夠

的重視。電磁兼容的設(shè)計思路可以從電磁兼容的三要素，即電磁十?dāng)_源、電磁十

擾可能傳播的路徑及易接收電磁干擾的電磁敏感電路和器件入手。也就是1） 首先，要充分分析電子設(shè)備可能存在的電磁干擾源及其性質(zhì)，盡量消除或降低電磁干擾源的參數(shù)。2） 其次，要充分了解電磁干擾可能傳播的路徑，盡量切斷其路徑，或降低與電磁十?dāng)_耦合的能力。3） 最后，要充分認識易接收電磁干擾的電磁敏感電路和器件，盡量杜絕其接收電磁十?dāng)_的可能性。據(jù)此，在設(shè)計時應(yīng)采取相應(yīng)對策，消除或部分消除可能出現(xiàn)的電磁干擾，以減輕

調(diào)試工作的壓力。在調(diào)試中，針對具體出現(xiàn)的電磁十?dāng)_，以及接收電磁干擾的電

路和元器件的表現(xiàn)進行分析，以確定電磁干擾源所在及電磁十?dāng)_可能傳播的路

徑，再采取相應(yīng)的解決辦法。4電磁兼容的具體實例4.1對電磁干擾源要有明確的認識例如，某探測設(shè)備在探測元件無輸入信號時，其放大器輸出端的干擾信號峰峰值為50.8mV，遠遠超過該探測設(shè)備輸出端最小探測信號電壓峰峰值4.0mV的要求，致使整個設(shè)備無法正常工作。該臺探測設(shè)備的驅(qū)動電源采用直流斬波式方波交流電源，驅(qū)動螺線管電磁鐵往復(fù)運動，由上可見，驅(qū)動電源的負載為感性的電磁線圈。對感性的電磁線圈采用直流斬波式方波交流電源供電，在斬波時將產(chǎn)生嚴重的電磁十?dāng)_。因為感性的電磁線圈中的電流變化必然產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，電流變化越快，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大。這種感應(yīng)電動勢將會通過某種路徑傳導(dǎo)耦合到放大器的輸出級，而成為嚴重的電磁十?dāng)_。該臺探測設(shè)備的驅(qū)動電源采用線性純正弦波電源時，在探測元件無輸入信號時，在放大器輸出端最大探測信號電壓峰峰值僅為4.4mV。而具有隨機性質(zhì)的噪聲電壓，其峰峰值最大為3.0mV。說明原來的干擾信號已被極大地消除，從該項工作中，使我們體會到電磁干擾的嚴重性，對電磁干擾的認識僅停留在一

般的水平上、泛泛地、全面地采取各種抗干擾措施也不一定見效，必須抓住主要

矛盾。再舉一例，某電子設(shè)備，當(dāng)打開電源開關(guān)時，其測量顯示呈紊亂狀態(tài)。究其原因，正是在電源開關(guān)時刻，電路由一種穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種穩(wěn)態(tài)的過渡過程中，所出現(xiàn)的過電壓、過電流所致。為此，采用一定容量和電壓的氧化鋅壓敏電阻并聯(lián)在電源上，便收到了較好的效果。這也說明對電磁十?dāng)_源有明確認識時，才能有的放矢地采取抗干擾措施，效果明顯。4.2對電磁干擾可能的傳播路徑要有清楚了解在核聚變科學(xué)研究中，將巨大的微波能耦合到等離子體中去，以提高核聚變物理

參數(shù)。為此，需要高能大功率發(fā)射系統(tǒng)。其主電源脈沖電壓達20kV，最大脈沖

寬度30ms，最高脈沖功率2400kW。該電源通過電感儲能，直流開斷，脈沖整形

等一系列環(huán)節(jié)，由微機控制來實現(xiàn)。調(diào)試過程中，當(dāng)電壓達數(shù)kV時，系統(tǒng)便無法正常運行。輕則控制程序出錯，重則程序全部被沖掉，更嚴重時微機芯片被燒損。由于對電磁干擾認識膚淺，盲目地采取各種措施，如重新布線，改善接地，增加電磁屏蔽和隔離等等，忙了幾個月均不能根本解決問題，挫折迫使我們冷靜了下來。在進行了科學(xué)分析后，認定必須要對幅度高達數(shù)kV，前后沿很陡的這一電磁十?dāng)_源有清楚了解，并對其可能傳播的路徑采取加強隔離措施。在對光電隔離器采用雙重設(shè)計后，微機能穩(wěn)定、可靠地工作了。再舉一例，在激光電源低功率調(diào)試中發(fā)現(xiàn)應(yīng)交替導(dǎo)通的兩個逆變開關(guān)IGBT的觸發(fā)信號存在重迭現(xiàn)象，即有互相十?dāng)_。如果不消除這種十?dāng)_，可能發(fā)生主電路直通故障?；谝郧胺e累的對電磁干擾可能的傳播路徑要有明確認識的工作經(jīng)驗，我們從逆變開關(guān)IGBT的觸發(fā)端倒推，一級一級地檢測觸發(fā)信號，直到產(chǎn)生觸發(fā)信號的TL494集成電路的兩個輸出端，發(fā)現(xiàn)這兩個輸出端的引線距離很近，且平行布線很遠。通過分析表明，這種情況容易產(chǎn)生電容性耦合十?dāng)_，干擾的強弱與工作頻率及兩條引線之間的分布電容量有關(guān)。當(dāng)我們將其中一條引線切斷，用一條拉開很遠距離的臨時導(dǎo)線代用后，兩個逆變開關(guān)IGBT的觸發(fā)信號不再發(fā)生重迭現(xiàn)象了。從該項工作中，使我們體會到對電磁干擾可能傳播的路徑有明確的認識，才能順

利地排除電磁十?dāng)_。否則將無從下手解決存在的電磁十?dāng)_問題。4.3對易接收電磁干擾的電磁敏感電路和器件要進行重點保護還是上述的第一個例子中，某探測設(shè)備在探測元件無輸入信號時放大器輸出端的

十?dāng)_信號遠遠超過最小探測信號電壓值，致使整個設(shè)備無法正常工作。經(jīng)過認真分析和實際測試，除了對電磁干擾源缺乏明確的認識和電磁十?dāng)_可能傳播的路徑缺乏清楚了解外，對易接收電磁十?dāng)_的電磁敏感電路和器件也缺乏重點保護。為此對易接收電磁干擾的電磁敏感電路和器件——傳感器輸入電路和前級放大電路主要采取兩項電磁兼容性措施：1） 信號接地信號接地的主要目的是為了抑制電磁十?dāng)_，應(yīng)當(dāng)特別注意低電平電路、信號檢測電路、傳感器輸入電路和前級放大電路的接地。該探測設(shè)備的傳感器輸入電路、前級放大電路和末級放大電路的接地應(yīng)該只設(shè)一個接地點，因為多個接地點會引入共地阻抗的干擾。而這個接地點的位置應(yīng)當(dāng)選擇在保證地線中的電流流向為從小信號電路流向大信號電路，從而避免大信號電路的地線電流對小信號電路產(chǎn)生干擾。2） 屏蔽加強該探測設(shè)備的傳感器輸入電路和前級放大電路電磁屏蔽，并注意屏蔽的完整性和良好的接地措施。電磁屏蔽設(shè)計時，一般采用電導(dǎo)率高的材料作屏蔽體，并將屏蔽體接地。它是利

用屏蔽體在高頻磁場的作用下產(chǎn)生反方向的渦流磁場與原磁場抵消而削弱高頻

磁場的十?dāng)_，又因屏蔽體接地而實現(xiàn)電場屏蔽。屏蔽體的厚度不必過大，應(yīng)以趨

膚深度和結(jié)構(gòu)強度為主要考慮因素。另外要注意屏蔽的完整性，如果屏蔽體不完

整，將導(dǎo)致電磁場泄漏。5電磁兼容的設(shè)計方法5.1對電磁十?dāng)_源的設(shè)計方法電磁干擾源的種類相當(dāng)繁多，比如，自然的電磁十?dāng)_源包括：地球表面的最大磁場強度為52A/m、平均電場強度為130V/m，雷電的大氣十?dāng)_，靜電的電暈放電和宇宙噪聲等等。人為的電磁干擾源包括：含有整流子的直流電機換向時產(chǎn)生的電弧和電流變化、電器開關(guān)動作時產(chǎn)生的電弧和電流變化，非線性元器件工作時產(chǎn)生的諧波，高頻振蕩器和無線電發(fā)送設(shè)備的電磁輻射，汽車點火系統(tǒng)，醫(yī)療用的超聲波發(fā)生器，生活用的微波爐以及電磁脈沖等等?？梢哉f電磁干擾源無處不在，下面僅討論與我們相關(guān)的主要電磁干擾源。5.1.1供電電源供電電源，常由于負載的通斷過渡過程、半導(dǎo)體元器件的非線性，脈沖設(shè)備及雷

電的耦合等因素，而成為電磁干擾源。供電電源電磁兼容的設(shè)計方法為1）采用交流電源濾波器由于交流電源濾波器是低通濾波器，不妨礙工頻電能的通過，而對高頻電磁十?dāng)_呈高阻態(tài)，有較強的抑制能力。使用交流電源濾波器時，應(yīng)根據(jù)其兩端阻抗和要求的插入衰減系數(shù)選擇濾波器的型式。要注意其承受電壓和導(dǎo)通電流的能力，屏蔽與機殼要電氣接觸良好，地線要盡量短、截面足夠大，進出線要遠離，而且濾波器應(yīng)盡量靠近供電電源。2）交流電源變壓器加靜電屏蔽由于電源變壓器初、次級間存在分布電容，進入電源變壓器初級的高頻十?dāng)_能通過分布電容耦合到電源變壓器的次級。在電源變壓器初、次級間增加靜電屏蔽后，該屏蔽與繞組間形成新的分布電容。將屏蔽接地，可以將高頻十?dāng)_通過這一新的分布電容引入地，從而起到抗電磁十?dāng)_的作用。靜電屏蔽應(yīng)選擇導(dǎo)電性好的材料，且首尾端不可閉合，以免造成短路。3）脈沖電壓的吸收對脈沖電壓的電磁干擾可以采用壓敏電阻、固體放電管或瞬態(tài)電壓抑制二極管來

吸收。當(dāng)脈沖電壓吸收器件承受一個高能量的瞬態(tài)過電壓脈沖時，其工作阻抗能

立即降到很低，允許通過很大的電流，吸收很大的功率，從而將電壓箝制在允許

的水平內(nèi)。壓敏電阻或固體放電管可應(yīng)用于直流或交流電路。單向瞬態(tài)電壓抑制二極管應(yīng)用于直流電路，而雙向瞬態(tài)電壓抑制二極管應(yīng)用于交流電路。使用脈沖電壓的吸收器件時，應(yīng)選擇其額定電壓略高于設(shè)備的最大工作電壓，以保證無脈沖電壓時，吸收器件的功耗最少；當(dāng)有脈沖電壓時，其箝位的電壓應(yīng)低于設(shè)備的最高絕緣電壓，以保證設(shè)備的安全；其通流能力應(yīng)大于脈沖電壓所產(chǎn)生的電流。4） 直流電源的電磁兼容措施——整流電路的高頻濾波即在整流管上并聯(lián)小電容（0.0川F）進一步濾掉從變

壓器進入的高頻十?dāng)_?！绷魍笋罴丛谥绷麟娫春偷刂g并聯(lián)2個電容，大電容（10?100.F）濾掉

低頻十?dāng)_，小電容（0.01?0.22.F）濾掉高頻十?dāng)_。5） 電源的其它電磁兼容措施——控制電路和功率電路采用分相供電或采用不同的電源供電；——采用UPS（不間斷電源）供電；——采用電源電壓監(jiān)視集成電路。5.1.2暫態(tài)過程暫態(tài)過程是由于電路機械觸點的分合，負載的通斷和電路的快速切換等導(dǎo)致電路

電壓或電流發(fā)生快速變化，而成為電磁干擾源。暫態(tài)過程的電磁兼容設(shè)計方法為1）電路機械觸點的熄火花電路電路機械觸點的熄火花電路由電阻（R）和電容（C）串聯(lián)組成。其原理是用電容

轉(zhuǎn)換觸點分斷時負載電感（L）上的能量，從而避免在觸點上產(chǎn)生過電壓和電孤

造成的電磁十?dāng)_，最終由電阻吸收這部分能量。電路參數(shù)計算如下：TOC\o"1-5"\h\zR>2（L/C）1/2（。） （1）C1=4L/R2（.F） （2）C2=（Im/300）2L（.F） （3）式中：R為電阻（。）；L為負載電感（.H）；Im為負載電感中的最大電流（A）；C取C1、C2中大者。2）電感負載的續(xù)流電路和吸收電路

直流電路電感負載的續(xù)流電路是用二極管反并聯(lián)在電感負載上。當(dāng)切斷電感負載

時，其上的電流經(jīng)二極管續(xù)流，不會產(chǎn)生過電壓而危及電路上的其它器件。參數(shù)選擇如下：IF>2IN（4）VRRM>2VN（5）式中：IF為二極管正向平均電流；VRRM為二極管反向重復(fù)峰值電壓；IN為電感負載的額定電流；VN為電感負載的額定電壓。如果用壓敏電阻代替二極管，其效果會更好。因為壓敏電阻吸收能量更快，從而

減小了動作響應(yīng)時間。另外，壓敏電阻還可應(yīng)用在交流電路電感負載的場合。應(yīng)

用壓敏電阻時應(yīng)當(dāng)注意以下幾點：——壓敏電阻的標(biāo)稱電壓；——壓敏電阻的壓比；——壓敏電阻的吸收能量能力；——壓敏電阻的前沿響應(yīng)時間；——壓敏電阻應(yīng)當(dāng)盡量緊靠電感使用。3）電容負載的限流電路電容負載的限流電路由電阻（R）和開關(guān)并聯(lián)組成。其原理是用電阻限制電容負

載開始投入時的短路電流，從而避免短路電流造成的電磁十?dāng)_。經(jīng)過時間（t）

將開關(guān)閉合，切除限流電阻。參數(shù)選擇如下：R>2VN/IN（6）t>3RC（7）式中：IN為負載的額定電流；VN為電源的額定電壓；C為負載的電容。電路快速切換的電磁兼容措施電路快速切換(包括品閘管換流、直流斬波、二極管關(guān)斷時的電荷存儲效應(yīng)等)

將導(dǎo)致電壓或電流的快速變化，而成為電磁干擾源。對此可采用如下電磁兼容措施——串聯(lián)緩沖電感，以降低電流變化率；——并聯(lián)緩沖電容，以降低電壓變化率；——用電感電容諧振電路代替直流斬波，以降低電流變化率或電壓變化率。5.1.3電磁輻射電磁輻射包括電子設(shè)備內(nèi)部和外部兩種電磁輻射源。其實任一電流的周圍都存在

磁場，而變化的磁場會產(chǎn)生變化的電場，這種電磁場就是電磁十?dāng)_源。電子設(shè)備中主要的電磁輻射源是大電流、高電壓的強功率電路和器件，電壓或電

流快速變化的電路和器件以及高頻電路和器件。對電磁輻射的電磁兼容設(shè)計是，采用電磁屏蔽的方法，即用屏蔽材料將電磁輻射

源封閉起來，使其外部電磁場強低于允許值。電磁屏蔽的技術(shù)原理主要有兩種：一是反射，由于空氣和金屬屏蔽的電磁阻抗不同，使入射電磁電波產(chǎn)生反射作用。

磁場中的反射損耗R(dB)，對磁場源而言R=20log10([0.012(pr/for)1/2/D]+5.364D(for/pr)1/2+0.354}(8)式中：pr為相對磁導(dǎo)率；or為相對電導(dǎo)率；f為電磁波頻率(Hz)；D為輻射源到屏蔽體的距離(m)。對電場源而言R=322+10log10(or/prf3D2)(9)二是吸收，進入金屬屏蔽內(nèi)的電磁波在金屬屏蔽內(nèi)傳播時，由于衰減而產(chǎn)生吸收

作用。吸收損耗A（dB）為A=0.131d（prfor）1/2（10）式中：d為屏蔽材料厚度（mm）。1） 磁場屏蔽一般采用磁導(dǎo)率高的材料作屏蔽體，它給低頻磁通提供一個閉合回路，并使其限制在屏蔽體內(nèi)。屏蔽體的磁導(dǎo)率越高，厚度越大，磁阻越小，磁場屏蔽的效果越好。當(dāng)然屏蔽的設(shè)計要與設(shè)備的重量相協(xié)調(diào)。在雜散耦合可能引起有害作用的電路中，應(yīng)選用帶有屏蔽的電感器和繼電器，并將屏蔽有效地接地。2） 電場屏蔽一般采用電導(dǎo)率高的材料作屏蔽體，并將屏蔽體接地，使電力線在此終止，因而電場不會泄漏到屏蔽體外部。電場屏蔽以反射為主，因此屏蔽體的厚度不必過大，而以結(jié)構(gòu)強度為主要考慮因素。3） 電磁場屏蔽一般采用電導(dǎo)率高的材料作屏蔽體，并將屏蔽體接地。它是利用屏蔽體在高頻磁場的作用下產(chǎn)生反方向的渦流磁場與原磁場抵消而削弱高頻磁場的干擾，又因屏蔽體接地而實現(xiàn)電場屏蔽。屏蔽體的厚度不必過大，而以趨膚深度和結(jié)構(gòu)強度為主要考慮因素。應(yīng)當(dāng)特別注意電磁屏蔽的完整性，特別是電磁場屏蔽，因為它是利用屏蔽體在高頻磁場的作用下產(chǎn)生反方向的渦流磁場與原磁場抵消而削弱高頻磁場干擾的。如果屏蔽體不完整，則渦流的效果降低，導(dǎo)致電磁場泄漏，屏蔽的效果將大打折扣。5.1.4雷電雷電是帶電云對地或帶電云之間的放電現(xiàn)象。帶電云對地放電為直接雷擊，而非直接雷擊時設(shè)備所受到的干擾為感應(yīng)雷擊。由于雷電具有非常大的能量和非常短的持續(xù)時間，因此雷電是非常強的干擾源。雷電的電磁兼容的設(shè)計方法是1） 對直接雷擊采用的設(shè)計方法采用接閃器、避雷引線和避雷接地組成的避雷系統(tǒng)。將直接雷擊的能量引入大地，以保護電子設(shè)備。2） 對感應(yīng)雷擊采用的設(shè)計方法采用氣體避雷管、壓敏電阻、電壓瞬變吸收二極管或固體放電管。利用其非線性特性，對感應(yīng)雷擊的高電壓尖峰削波和能量吸收，以保護電子設(shè)備。5.1.5靜電當(dāng)不同介質(zhì)的材料相互摩擦?xí)r，會發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生靜電。當(dāng)然靜電也可能以其它的方式產(chǎn)生，比如受到其它帶電體的感應(yīng)。靜電場強的高低取決于材料所攜帶的電荷量多少和對地電容的大小。當(dāng)這種材料對電子設(shè)備的場強超過絕緣介質(zhì)的擊穿強度時，會發(fā)生電暈放電或火花放電，形成靜電干擾，可能導(dǎo)致電子設(shè)備

損壞。防靜電的電磁兼容的設(shè)計方法是——防止靜電的產(chǎn)生，例如阻止靜電荷的積累、泄放積累的靜電荷，采用防靜電

地板和靜電消除器等等。——采用靜電屏蔽和接地措施，將靜電產(chǎn)生的電荷引走。 采用耐靜電電壓值高的器件?！捎渺o電保護措施，例如增加串聯(lián)電阻以降低靜電放電電流，增加并聯(lián)元件以把靜電放電電流引走，對靜電作用下易損器件的操作防護和軟件的靜電防護等等。5.1.6無線電發(fā)射源無線電發(fā)射機的頻率范圍為103?1012Hz。無線電發(fā)射機的有效輻射功率(ERP)很高。例如，軍用雷達10GW，氣象雷達1GW，船用雷達100MW，電視廣播50MW，商用電臺300kW，廣播電臺100kW，業(yè)余通訊1kW，車用通訊100W。因此，無線電發(fā)射源對電子設(shè)備是一很強的干擾源。對無線電發(fā)射源的電磁兼容的設(shè)計方法是——嚴格控制無線電發(fā)射的方位角度，以減少無線電發(fā)射源十?dāng)_的空間范圍。——采用完整的電磁屏蔽和可靠的接地措施，以減少無線電發(fā)射源的泄漏十?dāng)_。5.2對電磁十?dāng)_可能傳播的路徑的設(shè)計方法5.2.1電路性耦合當(dāng)兩個電路存在公共阻抗時，一個電路的電參數(shù)通過公共阻抗對另一個電路的電參數(shù)產(chǎn)生了影響。而這種影響造成誤動作時，即為通過電路性耦合的路徑產(chǎn)生的電磁十?dāng)_。公共阻抗主要有共回路導(dǎo)線、共地阻抗和共電源內(nèi)阻。電路性耦合的電磁兼容設(shè)計方法是對共電源內(nèi)阻產(chǎn)生的電磁十?dāng)_，可以用不同的電源分別供電的方法，以去除共電源內(nèi)阻產(chǎn)生的電路性耦合。2）對共回路導(dǎo)線產(chǎn)生的電磁十?dāng)_，可以用對導(dǎo)線阻抗加以限制或去耦的方法，

以減低共回路導(dǎo)線產(chǎn)生的電路性耦合。共回路導(dǎo)線的阻抗包括電阻和電感?！拗齐娮璧姆椒ㄔ龃蠊不芈穼?dǎo)線的截面、減小共回路導(dǎo)線的長度和降低接觸

電阻；——限制電感的方法減小共回路導(dǎo)線的長度和來回線的距離；——電路去耦的方法去掉共回路導(dǎo)線，而將不同的回路僅在一點連接。3）對共地阻抗產(chǎn)生的電磁十?dāng)_，可以用降低共地阻抗的方法，以去除共地阻抗

產(chǎn)生的電路性耦合?！拥氐姆N類和作用電子設(shè)備一般有兩種接地。一種是安全接地，即將機殼接地，當(dāng)機殼帶電時，電

源的保護動作，切斷電源，以保護工作人員的安全；另一種是工作接地，給電路

系統(tǒng)提供一個基準(zhǔn)電位，同時也可將高頻十?dāng)_引走。但是，不正確的工作接地反

而會增加十?dāng)_，比如共地線十?dāng)_，地環(huán)路十?dāng)_等等。工作接地按工作頻率采用不同的接地方式。工作頻率低的（小于1MHz）采用單點接地式，即把整個電路系統(tǒng)中的一個結(jié)構(gòu)點看作接地參考點，所有對地連接都接到這一點上，并設(shè)置一個安全接地螺栓；工作頻率高的（大于30MHz）采用多點接地式，即在該電路系統(tǒng)里，用一塊接地平板代替電路中每部分各自的地回路。其主要原因是接地引線的感抗與頻率和長度成正比，工作頻率高時將增加共地阻抗，從而將增大共地阻抗產(chǎn)生的電磁干擾。工作頻率在上述兩者之間的可采用混合接地式。此外，還有一種浮地式，即該電路的地與大地?zé)o導(dǎo)體連接。其優(yōu)點是該電路不受

大地電性能的影響。其缺點是該電路易受寄生電容的影響，而使該電路的地電位

變動和增加了對模擬電路的感應(yīng)干擾?！獙拥仉娮璧囊蠼拥仉娮柙叫≡胶?。因為當(dāng)有電流流過接地電阻時，其上產(chǎn)生的電壓，將產(chǎn)生共地阻抗的電磁十?dāng)_。另外，該電壓不僅使設(shè)備受到反擊過電壓的影響，而且使操作人員受到電擊傷害的威脅。因此，一般要求接地電阻小于4。。接地電阻由接地線電阻、接觸電阻和地電阻組成。為此降低接地電阻的方法有以

下三種：一是降低接地線電阻，為此要用總截面大和長度小的多股細導(dǎo)線。二是降低接觸電阻，為此要將接地線與接地螺栓和接地極作緊密又牢靠地連接，

并要增加接地極和土壤之間的面積與接觸的緊密度。三是降低地電阻，為此要增加接地極的表面積和增加土壤的電導(dǎo)率（如在土壤中

注入鹽水）?！皖l電路地工作頻率低于1MHz的一個電路采用單點接地式，以防兩點接地產(chǎn)生共地阻抗的

電路性耦合。多個電路的單點接地式又分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種，由于串聯(lián)接地產(chǎn)生

共地阻抗的電路性耦合，所以低頻電路最好采用并聯(lián)的單點接地式。為防止工頻和其它雜散電流在信號地線上產(chǎn)生十?dāng)_，信號地線應(yīng)與功率地線和機

殼地線相絕緣。且只在功率地、機殼地和接往大地的接地線的安全接地螺栓上相

連（浮地式除外）。地線的長度（L/m）與截面積（S/mm2）的關(guān)系為S>0.83L（11）——高頻電路地工作頻率高于30MHz的電路采用多點接地式。因為接地引線感抗與頻率和長度成

正比，所以地線的長度要盡量短。多點接地時，盡量找最接近的低阻值接地面接

地?！旌辖拥厥焦ぷ黝l率介于1?30MHz的電路采用混合接地式。當(dāng)接地線的長度小于工作信號

波長的1/20時，采用單點接地式，否則采用多點接地式?！帘蔚仉娐返钠帘误w，即用屏蔽材料將電磁輻射源屏蔽起來，并將屏蔽體接地，以降低

電磁輻射的干擾。屏蔽體內(nèi)的電路地線只能一點接屏蔽體，而不得利用屏蔽體作

返回導(dǎo)體。——電纜的屏蔽層對于多層屏蔽電纜，每個屏蔽層應(yīng)在一點接地，各屏蔽層應(yīng)相互絕緣。當(dāng)電纜長度大于工作信號波長的0.15倍時，采用間隔工作信號波長的0.15倍的

多點接地式。如果不能實現(xiàn)，則至少應(yīng)將屏蔽層兩端接地。4）電位隔離電位隔離分為機械、電磁、光電和浮地幾種隔離方式，其實質(zhì)是人為地造成電的

隔離，以阻止電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾。——機械隔離采用繼電器來實現(xiàn)其線圈接收信號，機械觸點發(fā)送信號。機械觸點分斷時，由于阻抗很大、電容很小，從而阻止了電路性耦合產(chǎn)生的電磁十?dāng)_。缺點是線圈工作頻率低，不適合于工作頻率較高的場合使用。而且存在觸點通斷時的彈跳和十?dāng)_以及接觸電阻等?！姶鸥綦x采用變壓器來實現(xiàn)通過變壓器傳遞電信號，阻止了電路性耦合產(chǎn)生的電磁十?dāng)_。對于交流的場合使用較為方便，由于變壓器繞組間分布電容較大，所以使用時應(yīng)當(dāng)與屏蔽和接地相配合?！怆姼綦x采用光電耦合器來實現(xiàn)通過半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）的光發(fā)射和光敏半導(dǎo)體（光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光敏品閘管等）的光接收，來實現(xiàn)信號的傳遞。光電耦合器的輸入阻抗與一般十?dāng)_源的阻抗相比較小，因此分壓在光電耦合器輸入端的干擾電壓較小，而且一般十?dāng)_源的內(nèi)阻較大，它所能提供的電流并不大，因此不能使發(fā)光二極管發(fā)光。光電耦合器的外殼是密封的，它不受外部光的影響。光電耦合器的隔離電阻很大（約1012。），隔離電容很?。s數(shù)pF）能阻止電路性耦合產(chǎn)生的電磁十?dāng)_。只是光電耦合器的隔離阻抗隨著頻率的提高而降低，抗干擾效果也將降低?！〉馗〉乜墒构β实兀◤婋姷兀┖托盘柕兀ㄈ蹼姷兀┲g的隔離電阻很大，所以能阻止共地阻抗電路性耦合產(chǎn)生的電磁十?dāng)_。5.2.2電容性耦合任何兩個導(dǎo)體之間都存在著電容。電容值與介質(zhì)的介電常數(shù)￡和兩個導(dǎo)體的有效面積成正比、與兩個導(dǎo)體之間的距離D成反比。當(dāng)兩個平行圓導(dǎo)體直徑為d時，其電容C為C=n￡/ln（D/d）（12）當(dāng)一個導(dǎo)體對地具有電位U1，阻抗Z1，另一個導(dǎo)體對地具有阻抗Z2,兩個導(dǎo)體

具有相同地電位，通過兩個導(dǎo)體之間的電容，在另一個導(dǎo)體上將產(chǎn)生干擾電壓

U2為U2=U1Z2/（Z1+Z2+1/j3C） （13）當(dāng)阻抗Z1和阻抗Z2中含有電感分量時，產(chǎn)生的十?dāng)_電壓U2有可能大于導(dǎo)體1

對地的電位U1。電容性耦合的等值電路圖見圖1。圖1電容性耦合的等值電路圖在上述分析中，兩導(dǎo)線間的有效耦合長度應(yīng)遠小于信號波長（一般為1/10）時，才允許使用集中參數(shù)的等效電路來分析線間耦合，否則必須應(yīng)用電磁場理論的傳輸方程來分析線間耦合。電容性耦合的電磁兼容設(shè)計方法是1）盡可能減小干擾源U1的幅值和干擾源的變化速度④。2）Z1和Z2設(shè)計得盡可能大，且Z1遠大于Z2。3）耦合電容設(shè)計得盡可能小——盡量加大兩個導(dǎo)體間的距離；——盡量縮短兩個導(dǎo)體的長度；——盡量避免兩個導(dǎo)體平行走線。4） 屏蔽屏蔽的目的切斷干擾源和被十?dāng)_對象之間的電力線，以免除電容性耦合的電磁干

擾。屏蔽的方法采用與十?dāng)_源基準(zhǔn)電位相連的屏蔽；采用與被十?dāng)_對象基準(zhǔn)電位相連

的屏蔽；或者上述兩者都用，其效果更好。屏蔽的注意事項——要有完整的屏蔽，否則屏蔽的效果降低；——要用導(dǎo)電性能好的材料作屏蔽，否則屏蔽的效果降低；——要有良好的屏蔽接地，否則屏蔽的效果降低。當(dāng)導(dǎo)線的長度小于工作信號波

長的1/20時，采用單點接地式，否則采用多點接地式。接地線的長度要盡量短。5） 平衡平衡的目的當(dāng)干擾源和被十?dāng)_對象的基準(zhǔn)電位是互相獨立時，可以采用平衡的方法，即使干擾源和被十?dāng)_對象的耦合電容平衡，以免除電容性耦合的電磁十?dāng)_。平衡的方法——干擾源和被十?dāng)_對象均采用絞合導(dǎo)線；采用四芯導(dǎo)線，使干擾源和被干擾對象的導(dǎo)線交叉對稱。5.2.3電感性耦合任何兩個回路之間都存在著互感?；ジ兄蹬c介質(zhì)的磁導(dǎo)率〃成正比，并與兩個回

路的幾何尺寸有關(guān)。兩個回路的布局如圖2所示。圖2兩個回路的布局圖圖中1一1為第一個回路，2一2為第二個回路，a、b、c、d為回路的間距。另外

設(shè)l為回路的長度。兩個回路的互感M為M=〃lln(ac/bd)/2n(14)當(dāng)?shù)谝粋€回路具有電流i1，通過兩個回路之間的互感M，在第二個回路上產(chǎn)生的

干擾電壓u2為u2=Mdi1/dt(15)電感性耦合的電磁兼容設(shè)計方法是盡可能減小干擾源電流i1的變化速度。盡可能設(shè)計得使兩個回路的互感M小，為此——盡量加大兩個回路間的距離；盡量縮短兩個回路的長度；——盡量避免兩個回路平行走線；——盡量縮小兩個回路的面積，并減低重合度。屏蔽屏蔽的目的切斷十?dāng)_源和被十?dāng)_對象之間的磁力線，以免除電感性耦合的電磁十

擾。屏蔽的方法采用鐵磁性導(dǎo)體的靜態(tài)磁屏蔽，采用良導(dǎo)體感應(yīng)渦流的動態(tài)磁屏蔽。屏蔽的注意事項——鐵磁性導(dǎo)體的靜態(tài)磁屏蔽適用于低頻磁場。屏蔽的效果與屏蔽材料的相對磁

導(dǎo)率Ur、厚度d、幾何形狀以及磁場方向有關(guān)。例如橫向磁場中的圓球的屏蔽

系數(shù)as為as=20lg(1+urd/2r) (16)式中：r為圓球的內(nèi)徑——良導(dǎo)體感應(yīng)渦流的動態(tài)磁屏蔽適用于高頻磁場。屏蔽的效果與屏蔽材料的性質(zhì)，幾何形狀，屏蔽的密閉程度以及磁場的頻率有關(guān)。屏蔽系數(shù)ad可用式(17)進行近似計算ad=20lg(pof/2Zk) (17)式中：po為真空導(dǎo)磁率；f為磁場的頻率；Zk為耦合阻抗?！W(wǎng)孔狀的屏蔽系數(shù)與孔的面積占總面積的比例有關(guān)。平衡平衡的目的采用平衡的方法，可以減小或免除電感性耦合的電磁十?dāng)_。平衡的方法——磁場去耦即使被干擾回路耦合的干擾源磁場最少。例如安排兩個回路垂直放

置，可達到磁場去耦的目的?！艌龅窒驗槭?dāng)_磁場引起的感應(yīng)電流在相鄰絞線回路的同一根導(dǎo)線上方

向相反，相互抵銷。為對磁場十?dāng)_取得較好的抑制效果，屏蔽雙絞線的節(jié)距不可

太大，即單位長度絞合數(shù)越多，磁場抵消效果越好。5.2.4幅射性耦合

幅射性耦合是電磁場通過空間耦合到被十?dāng)_對象的。如被干擾對象是兩根導(dǎo)線，

它就是接收電場的天線。天線的等值電路圖見圖3。圖3天線的等值電路圖等值電壓源U（即接收的十?dāng)_電壓）為U=Eh（18）式中：E為電場強度；h為天線有效高度。內(nèi)阻R為R=1580（h/入）2（19）式中：入為電磁場波長。如被十?dāng)_對象是一環(huán)線，通過環(huán)線面積S的磁場將產(chǎn)生干擾電壓U為U』BdS/dt（20）式中：B為磁感應(yīng)強度。幅射性耦合的電磁兼容設(shè)計方法是1） 采用空間分離的方法即把相互容易干擾的設(shè)備和導(dǎo)線盡量安排得遠一些，并調(diào)整電磁場矢量方向，使接收設(shè)備耦合的十?dāng)_電磁場最低。2） 采用時間分離的方法即使產(chǎn)生輻射的設(shè)備和易接收輻射的設(shè)備在不同的時間工作。3） 采用頻率分離的方法即使產(chǎn)生輻射