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如何做好电源电子设备的电磁兼容?

导读: 随着电子设备的飞速发展,电磁的干扰也越来越多,因此,提升电子设备在电磁环境中的适应能力变得极为重要。本文从电磁干扰源的分类、干扰的传递途径、电磁兼容性设计的基本原理等方面进行分析,并给出一些典型电磁兼容性问题的解决办法。

  随着电子技术的迅速发展,现代的电子设备已广泛地应用于人类生活的各个领域。当前,电子设备已处于飞速发展的时期,并且这个发展过程仍以日益增长的速度持续着。电子设备的广泛应用和发展,必然导致它们在其周围空间产生的电磁场电平的不断增加。也就是说,电子设备不可避免地在电磁环境(EME)中工作。因此,必须解决电子设备在电磁环境中的适应能力。电磁兼容性(EMC)是一门关于抗电磁干扰(EMI)影响的科学。

  电磁干扰源的分类

  各种形式的电磁干扰是影响电子设备电磁兼容性的主要因素,因此,它是电磁兼容性设计中需要研究的重要内容。电磁干扰源可分为内部干扰和外部干扰。内部干扰是指电子设备内部各元部件之间的相互干扰,包括工作电源通过线路的分布电容和绝缘电阻产生漏电造成的干扰(与工作频率有关);信号通过地线、电源和传输导线的阻抗互相耦合,或导线之间的互感造成的干扰;设备或系统内部某些元件发热,影响元件本身或其它元件的稳定性造成的干扰;大功率和高电压部件产生的磁场、电场通过耦合影响其它部件造成的干扰。外部干扰是指电子设备或系统以外的因素对线路、设备或系统的干扰,包括外部的高电压、电源通过绝缘漏电而干扰电子线路、设备或系统;外部大功率的设备在空间产生很强的磁场,通过互感耦合干扰电子线路、设备或系统;空间电磁波对电子线路或系统产生的干扰;工作环境温度不稳定,引起电子线路、设备或系统内部元器件参数改变造成的干扰;由工业电网供电的设备和由电网电压通过电源变压器所产生的干扰。

  干扰的传递途径

  当干扰源的频率较高、干扰信号的波长又比被干扰的对象结构尺寸小,或者干扰源与被干扰者之间的距离r>>λ/2π时,则干扰信号可以认为是辐射场,它以平面电磁波形式向外副射电磁场能量进入被干扰对象的通路。

  干扰信号以漏电和耦合形式,通过绝缘支承物等(包括空气)为媒介,经公共阻抗的耦合进入被干扰的线路、设备或系统。如果干扰源的频率较低,干扰信号的波长λ比被干扰对象的结构尺寸长,或者干扰源与干扰对象之间的距离r<<λ/2π,则干扰源可以认为是似稳场,它以感应场形式进入被干扰对象的通路。

  干扰信号可以通过直接传导方式引入线路、设备或系统。

  电磁兼容性设计的基本原理

  首先是接地。接地目的包括:保证电路系统能稳定地干作;防止外界电磁场的干扰;保证安全工作。其次是屏蔽。屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离,以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。屏蔽体材料选择的原则是:当干扰电磁场的频率较高时,利用低电阻率的金属材料;当干扰电磁波的频率较低时,要采用高导磁率的材料;在某些场合下,如果要求对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时,往往采用不同的金属材料组成多层屏蔽体。

  另外还有其它抑制干扰方法,包括滤波、正确选用无源元件和电路技术。滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施。滤波器可以显著地减小传导干扰的电平,对高频电路可采用两个电容器和一个电感器(高频扼流圈)组成的CLCMπ型滤波器。滤波器的种类很多,选择适当的滤波器能消除不希望的耦合。实用的无源元件并不是“理想”的,其特性与理想的特性是有差异的。实用的元件本身可能就是一个干扰源,因此正确选用无源元件非常重要。有时也可以利用元件具有的特性进行抑制和防止干扰。有时候采用屏蔽后仍不能满足抑制和防止干扰的要求,可以结合屏蔽,采取平衡措施等电路技术。平衡电路是指双线电路中的两根导线与连接到这两根导线的所有电路,对地或对其它导线都具有相同的阻抗。

  电磁兼容性问题的规范和标准

  干扰特别委员会(CISPR),主要研究无线电系统中干扰噪声的测量。1976年,CISPR开始制订电磁干扰的EMI标准。1900年10月在几经修订基础上公布再版标准,随后该委员会还与国际无线通信资询委员会一起审议,为电子产品电磁兼容性的检测制订数据要求及具体方法。制订了以信息技术装置噪声为对象的“工业、科学及医疗用无线电仪器的干扰特性允许值及其测量方法”(标准11号);“车辆、机动船和火花点火发动驱动装置无线电干扰特性的测量方法及允许值”(标准12号);“无线电和电视接收机的无线电干扰特性的测量方法及允许值”(标准13号)等。直至1992年中期,国际EMI标准才最终完善起来。CISPR推荐的容限已为世界上许多国家所采纳,并作为其国家条例的基础。

  一些典型电磁兼容性问题的解决

  由于电子技术在各行各业中的广泛应用,在人类活动的空间无处不充斥着电磁波,因此,电子设备不解决电磁波干扰问题,就不能兼容工作。在实际应用中,人们在研究抗干扰技术方面也积累了大量的经验,不断地研究出许多实用的方法来消除电磁干扰。微机设备的软件抗干扰主要是稳定内存数据和保证程序指针。微机是一个可编程控制装置,软件可以支持和加强硬件的抗干扰能力。

  保证设备的电磁兼容性是一项复杂的技术任务,对于这个问题不存在万能的解决方法。电磁兼容技术涉及面很广,电磁兼容性领域也正在发展,重要的是掌握有关电磁兼容的基本原理,认真分析和试验,就能选择合适的解决问题方法。

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