電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用和發(fā)展,使它們?cè)谄涓浇臻g產(chǎn)生的電磁場(chǎng)電平不斷增加。這說(shuō)明電子設(shè)備不可避免地在電磁環(huán)境(EME)中工作。因此,解決電子設(shè)備在電磁環(huán)境中的適應(yīng)能力是相稱(chēng)必要和重要的。
1 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(duì)其環(huán)境中的任何設(shè)備不產(chǎn)生無(wú)法忍受的電磁干擾的能力。
EMC的要求有兩方面:一是指設(shè)備在正常運(yùn)行過(guò)程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過(guò)一定的限值(不干擾其它電子產(chǎn)品);二是指用具有一定程度的抗擾度,即電磁敏感性(不被其他電子產(chǎn)品干擾)。電磁兼容性(EMC)是一門(mén)關(guān)于抗電磁干擾(EMI)影響的科學(xué)。控制和消除電磁干擾,使電子設(shè)備或系統(tǒng)與其它設(shè)備在一起工作時(shí),不引起任何部門(mén)的工作機(jī)能的惡化或降低,是電磁兼容研究的中央課題。
2 電磁干擾的三個(gè)基本要素
電磁干擾(EMI) 是干擾電纜信號(hào)并降低信號(hào)完好性的電子噪音。
任何一個(gè)電磁干擾的發(fā)生三個(gè)必備前提是:首先應(yīng)具有干擾源;其次要有傳播干擾能量的途徑和通道;然后還必需有被干擾對(duì)象的響應(yīng)。在電磁兼容性理論中把被干擾對(duì)象統(tǒng)稱(chēng)為敏感設(shè)備。因此干擾源、干擾傳播途徑(或傳輸通道)和敏感設(shè)備稱(chēng)為電磁干擾的三個(gè)基本要素。
3 電磁干擾源的分類(lèi)
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(lèi)方法有多種,詳細(xì)如下:
一般來(lái)說(shuō)電磁干擾源分為兩大類(lèi):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(duì)無(wú)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(zhuān)門(mén)用來(lái)發(fā)射電磁能量的裝置稱(chēng)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(wú)線電設(shè)備。另一部門(mén)是在完成自身功能的同時(shí)附帶產(chǎn)生電磁能量的發(fā)射稱(chēng)為無(wú)意發(fā)射干擾源,如交通車(chē)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(lái)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(guò)程中造成對(duì)其他設(shè)備的直接干擾;非說(shuō)功能性干擾源是指用電裝置在實(shí)現(xiàn)自身功能的同時(shí)伴隨產(chǎn)生或附加產(chǎn)生的副作用,如開(kāi)封閉合或堵截產(chǎn)生的電弧放電干擾。
從干擾信號(hào)的頻率范圍來(lái)分?？梢园迅蓴_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(10kHz~300kHz)、射頻及視頻干擾源(300kHz)、微波干擾源(300MHz~100GHz)。
從電子設(shè)備的內(nèi)外因素來(lái)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(guò)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(hào)通過(guò)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(chǎng)、電場(chǎng)通過(guò)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(duì)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(guò)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(chǎng),通過(guò)互感耦合干擾電子線路、設(shè)備或系統(tǒng);空間電磁波對(duì)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?cè)斐傻母蓴_;由產(chǎn)業(yè)電網(wǎng)供電的設(shè)備和由電網(wǎng)電壓通過(guò)電源變壓器所產(chǎn)生的干擾。
4 干擾的傳遞途徑
當(dāng)干擾源的頻率較高、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間隔r>>λ/2π時(shí),則干擾信號(hào)可以以為是輻射場(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。
干擾信號(hào)以漏電和耦合形式,通過(guò)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)。
干擾信號(hào)可以通過(guò)直接傳導(dǎo)方式引入線路、設(shè)備或系統(tǒng)。
5 電磁兼容性設(shè)計(jì)的基本原理
5.1 接地
接地有三個(gè)作用:
接地使整個(gè)電路系統(tǒng)中的所有單元電路都有一個(gè)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(chǎng)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(guò)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(shí),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(shí),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)。
5.2 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(chǎng)的頻率較高時(shí),利用低電阻率的金屬材料中產(chǎn)生的渦流,形成對(duì)外來(lái)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(shí),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(chǎng)合下,假如要求對(duì)高頻和低頻電磁場(chǎng)都具有良好的屏蔽效果時(shí),往往采用不同的金屬材料組成多層屏蔽體。
5.3 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(duì)于干擾信號(hào)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(wú)源元件。元件本身可能就是一個(gè)干擾源,因此準(zhǔn)確選用無(wú)源元件非常重要。有時(shí)也可以利用元件具有的特性進(jìn)行按捺和防止干擾。
總之,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。