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淺談電源電子設備的電磁兼容

發(fā)布時(shí)間:2008-10-05 來(lái)源:中國電磁兼容網(wǎng)

中心論題:

  • 研究電磁干擾源的分類(lèi)以及干擾的傳遞途徑
  • 闡釋EMC的基本原理
  • 介紹EMC問(wèn)題的規范和標準

解決方案:

  • EMC設計基本原理是接地和屏蔽
  • 采用濾波、選擇無(wú)源器件和電路技術(shù)等來(lái)抑制干擾
  • 掌握EMC基本原理,具體問(wèn)題具體分析

隨著(zhù)電子技術(shù)的迅速發(fā)展,現代的電子設備已廣泛地應用于人類(lèi)生活的各個(gè)領(lǐng)域。當前,電子設備已處于飛速發(fā)展的時(shí)期,并且這個(gè)發(fā)展過(guò)程仍以日益增長(cháng)的速度持續著(zhù)。電子設備的廣泛應用和發(fā)展,必然導致它們在其周?chē)臻g產(chǎn)生的電磁場(chǎng)電平的不斷增加。也就是說(shuō),電子設備不可避免地在電磁環(huán)境(EME)中工作。因此,必須解決電子設備在電磁環(huán)境中的適應能力。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)。
  
電磁干擾源的分類(lèi)  
各種形式的電磁干擾是影響電子設備電磁兼容性的主要因素,因此,它是電磁兼容性設計中需要研究的重要內容。電磁干擾源可分為內部干擾和外部干擾。內部干擾是指電子設備內部各元部件之間的相互干擾,包括工作電源通過(guò)線(xiàn)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(guò)地線(xiàn)、電源和傳輸導線(xiàn)的阻抗互相耦合,或導線(xiàn)之間的互感造成的干擾;設備或系統內部某些元件發(fā)熱,影響元件本身或其它元件的穩定性造成的干擾;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備或系統以外的因素對線(xiàn)路、設備或系統的干擾,包括外部的高電壓、電源通過(guò)絕緣漏電而干擾電子線(xiàn)路、設備或系統;外部大功率的設備在空間產(chǎn)生很強的磁場(chǎng),通過(guò)互感耦合干擾電子線(xiàn)路、設備或系統;空間電磁波對電子線(xiàn)路或系統產(chǎn)生的干擾;工作環(huán)境溫度不穩定,引起電子線(xiàn)路、設備或系統內部元器件參數改變造成的干擾;由工業(yè)電網(wǎng)供電的設備和由電網(wǎng)電壓通過(guò)電源變壓器所產(chǎn)生的干擾。
  
干擾的傳遞途徑  
當干擾源的頻率較高、干擾信號的波長(cháng)又比被干擾的對象結構尺寸小,或者干擾源與被干擾者之間的距離r>>λ/2π時(shí),則干擾信號可以認為是輻射場(chǎng),它以平面電磁波形式向外副射電磁場(chǎng)能量進(jìn)入被干擾對象的通路。

干擾信號以漏電和耦合形式,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(xiàn)路、設備或系統。如果干擾源的頻率較低,干擾信號的波長(cháng)λ比被干擾對象的結構尺寸長(cháng),或者干擾源與干擾對象之間的距離r<<λ/2π,則干擾源可以認為是似穩場(chǎng),它以感應場(chǎng)形式進(jìn)入被干擾對象的通路。

干擾信號可以通過(guò)直接傳導方式引入線(xiàn)路、設備或系統。
  
電磁兼容性設計的基本原理   
首先是接地。接地目的包括:保證電路系統能穩定地干作;防止外界電磁場(chǎng)的干擾;保證安全工作。其次是屏蔽。屏蔽就是對兩個(gè)空間區域之間進(jìn)行金屬的隔離,以控制電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁波由一個(gè)區域對另一個(gè)區域的感應和輻射。屏蔽體材料選擇的原則是:當干擾電磁場(chǎng)的頻率較高時(shí),利用低電阻率的金屬材料;當干擾電磁波的頻率較低時(shí),要采用高導磁率的材料;在某些場(chǎng)合下,如果要求對高頻和低頻電磁場(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。另外還有其它抑制干擾方法,包括濾波、正確選用無(wú)源元件和電路技術(shù)。濾波是抑制和防止干擾的一項重要措施。濾波器可以顯著(zhù)地減小傳導干擾的電平,對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CLCMπ型濾波器。濾波器的種類(lèi)很多,選擇適當的濾波器能消除不希望的耦合。實(shí)用的無(wú)源元件并不是“理想”的,其特性與理想的特性是有差異的。實(shí)用的元件本身可能就是一個(gè)干擾源,因此正確選用無(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)行抑制和防止干擾。有時(shí)候采用屏蔽后仍不能滿(mǎn)足抑制和防止干擾的要求,可以結合屏蔽,采取平衡措施等電路技術(shù)。平衡電路是指雙線(xiàn)電路中的兩根導線(xiàn)與連接到這兩根導線(xiàn)的所有電路,對地或對其它導線(xiàn)都具有相同的阻抗。
  
電磁兼容性問(wèn)題的規范和標準 
 
干擾特別委員會(huì )(CISPR),主要研究無(wú)線(xiàn)電系統中干擾噪聲的測量。1976年,CISPR開(kāi)始制訂電磁干擾的EMI標準。1900年10月在幾經(jīng)修訂基礎上公布再版標準,隨后該委員會(huì )還與國際無(wú)線(xiàn)通信資詢(xún)委員會(huì )一起審議,為電子產(chǎn)品電磁兼容性的檢測制訂數據要求及具體方法。制訂了以信息技術(shù)裝置噪聲為對象的“工業(yè)、科學(xué)及醫療用無(wú)線(xiàn)電儀器的干擾特性允許值及其測量方法”(標準11號);“車(chē)輛、機動(dòng)船和火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)驅動(dòng)裝置無(wú)線(xiàn)電干擾特性的測量方法及允許值”(標準12號);“無(wú)線(xiàn)電和電視接收機的無(wú)線(xiàn)電干擾特性的測量方法及允許值”(標準13號)等。直至1992年中期,國際EMI標準才最終完善起來(lái)。CISPR推薦的容限已為世界上許多國家所采納,并作為其國家條例的基礎。
  
一些典型電磁兼容性問(wèn)題的解決  
由于電子技術(shù)在各行各業(yè)中的廣泛應用,在人類(lèi)活動(dòng)的空間無(wú)處不充斥著(zhù)電磁波,因此,電子設備不解決電磁波干擾問(wèn)題,就不能兼容工作。在實(shí)際應用中,人們在研究抗干擾技術(shù)方面也積累了大量的經(jīng)驗,不斷地研究出許多實(shí)用的方法來(lái)消除電磁干擾。微機設備的軟件抗干擾主要是穩定內存數據和保證程序指針。微機是一個(gè)可編程控制裝置,軟件可以支持和加強硬件的抗干擾能力。

保證設備的電磁兼容性是一項復雜的技術(shù)任務(wù),對于這個(gè)問(wèn)題不存在萬(wàn)能的解決方法。電磁兼容技術(shù)涉及面很廣,電磁兼容性領(lǐng)域也正在發(fā)展,重要的是掌握有關(guān)電磁兼容的基本原理,認真分析和試驗,就能選擇合適的解決問(wèn)題方法。

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