1 認(rèn)識(shí)EMC
1.1 EMC的定義
EMC是指“設(shè)備在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài),即該設(shè)備不會(huì)由于受到處于同一電磁環(huán)境中的其它設(shè)備的電磁發(fā)射導(dǎo)致或遭受不允許的降級(jí),它也不會(huì)使同一電磁環(huán)境中其它設(shè)備因受其電磁發(fā)射而導(dǎo)致或遭受不允許的降級(jí)”。由此可見,EMC是研究在有限的空間、時(shí)間和頻譜資源的功能條件下,各種電氣設(shè)備可以共同工作,并不發(fā)生降級(jí)的一門科學(xué)。
1.2 EMC設(shè)計(jì)的目的
顯然,EMC設(shè)計(jì)的目的就是使所設(shè)計(jì)的電子設(shè)備或系統(tǒng)在預(yù)期的電磁環(huán)境中能夠?qū)崿F(xiàn)電磁兼容。換而言之,就是說設(shè)計(jì)的電子設(shè)備或系統(tǒng)必須能夠滿足EMC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的兩方面的能力:1)能在預(yù)期的電磁環(huán)境中正常工作,無性能降低或故障;2)對(duì)該電磁環(huán)境不是一個(gè)污染源。
2 電磁干擾(EMI)的來源
電子設(shè)備電磁兼容問題的核心是控制和消除電磁干擾。因此,對(duì)于電子設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾的原因必須清楚。
2.1 電子設(shè)備的自身干擾
電子設(shè)備的自身干擾是指電子設(shè)備內(nèi)部各器件之間的相互干擾,主要有以下幾種:
1)通過電源地線、傳輸導(dǎo)線的阻抗、導(dǎo)線之間的互感產(chǎn)生的電磁干擾;
2)大功率和高電壓的器件產(chǎn)生的磁場(chǎng)、電場(chǎng)對(duì)其它器件造成的干擾;
3)由線路的分布電容和絕緣電阻產(chǎn)生的干擾。
2.2 電子設(shè)備的外界干擾
電子設(shè)備的外界干擾是指電子設(shè)備以外的干擾信號(hào)對(duì)電子設(shè)備的干擾,主要有以下幾種:
1)外部的大功率設(shè)備在空間產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng),通過互感藕合干擾電子設(shè)備;
2)空間電磁信號(hào)對(duì)電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾;
3)工業(yè)電網(wǎng)上的用電器通過電源變壓器產(chǎn)生的干擾;
4)外部的高電壓由于絕緣體漏電產(chǎn)生的干擾信號(hào)。
3 電磁干擾(EMI)的屏蔽措施
電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用產(chǎn)生了多種形式的電磁干擾,完全徹底地消除干擾是不可能的,但是根據(jù)電磁兼容性原理,可以采用許多技術(shù)措施來減小電磁干擾,使之控制在一定的范圍之內(nèi),保證電子設(shè)備或系統(tǒng)的兼容性。屏蔽技術(shù)即為常用的抑制和消除電磁干擾的措施。
屏蔽就是以金屬隔離的原理來控制某一區(qū)域的電場(chǎng)或磁場(chǎng)對(duì)另一區(qū)域的干擾。它包括兩個(gè)含義:一是將電路、電纜或整個(gè)系統(tǒng)的干擾源包圍起來,防止電磁干擾向外擴(kuò)散;二是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干擾的影響。屏蔽按照機(jī)理可以分為電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽、電磁場(chǎng)屏蔽三種不同方式。
3.1 電場(chǎng)屏蔽
電子設(shè)備中的電場(chǎng)通常是交變電場(chǎng),因此可以將兩個(gè)系統(tǒng)間的電場(chǎng)感應(yīng)認(rèn)為是兩個(gè)系統(tǒng)之間分布電容Cj的耦合,如圖1所示。
其中,Ug為干擾源交變電壓,Us為接受器的感應(yīng)電壓,Cj為G、S間的分布電容,Zs為接受器的接地電阻。則可得
由此可知,干擾電壓Us的大小與耦合電容Cj的大小有關(guān):Cj越大,則Us越大。因此,為了減小干擾電壓Us,應(yīng)設(shè)法減小耦合電容Cj,設(shè)法將干擾源G和接受器S盡可能的遠(yuǎn)離。如果條件所限不能遠(yuǎn)離,則應(yīng)在二者之間采取屏蔽措施。
如圖2,在干擾源G和接受器S之間加入屏蔽體P,若屏蔽體P的接地電阻為ZP,則可得屏蔽體的感應(yīng)電壓為
則接受器上的感應(yīng)電壓為
由此可知,要使接受器的感應(yīng)電壓Us減小,Zp應(yīng)盡可能的小。所以,屏蔽體必須選擇導(dǎo)電性能良好的材料,而且須有良好的接地。否則,因?yàn)镃l>Cj,C2>Cj,若屏蔽體的接地電阻較大,將使屏蔽體加入后造成的干擾反而變得更大。
3.2 磁場(chǎng)屏蔽
磁場(chǎng)屏蔽是指對(duì)低頻磁場(chǎng)和高頻磁場(chǎng)的屏蔽。低頻磁場(chǎng)的屏蔽采用高導(dǎo)磁率的鐵磁性材料。利用鐵磁性材料的高導(dǎo)磁率對(duì)干擾磁場(chǎng)進(jìn)行分路,使通過空氣的磁通大為減少,從而降低對(duì)被干擾源的影響,起到磁場(chǎng)屏蔽的作用。由于是磁分路,所以屏蔽材料的磁導(dǎo)率U越高,屏蔽罩越厚,磁分路流過的磁通越多,屏蔽效果越好。高頻磁場(chǎng)的屏蔽采用低電阻率的良導(dǎo)體作為屏蔽材料。外界高頻磁場(chǎng)在屏蔽體中產(chǎn)生渦流,渦流形成的磁場(chǎng)抑制和抵消外界磁場(chǎng),從而起到了屏蔽的作用。與低頻磁屏蔽不同,由于高頻渦流的趨膚效應(yīng),屏蔽體的尺寸并不是屏蔽效果的關(guān)鍵所在,而且屏蔽體接地與否和屏蔽效果也沒有關(guān)系。但對(duì)于高頻磁屏蔽的金屬良導(dǎo)體而言,若有良好的接地,則同時(shí)具備了電場(chǎng)屏蔽和磁場(chǎng)屏蔽的效果。所以,通常高頻磁屏蔽的屏蔽體也應(yīng)接地。
3.3 電磁場(chǎng)屏蔽
電磁場(chǎng)屏蔽是利用屏蔽體對(duì)電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)加以屏蔽,一般用來對(duì)高頻電磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽。由前述可知,對(duì)于頻率較高的干擾電壓,選擇良導(dǎo)體制作屏蔽體,且有良好的接地,則可起到對(duì)電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)進(jìn)行屏蔽的效果。但是必須注意,對(duì)高頻磁場(chǎng)屏蔽的渦流不僅對(duì)外來干擾產(chǎn)生抵制作用,同時(shí)還可能對(duì)被屏蔽體保護(hù)的設(shè)備內(nèi)部帶來不利的影響,從而產(chǎn)生新的干擾。
4 結(jié)束語
電磁兼容(EMC)涉及到電工技術(shù)、電子技術(shù)和材料技術(shù)的相關(guān)知識(shí),并且電磁兼容涉及的領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)大,對(duì)這個(gè)問題的解決還沒有統(tǒng)一的方法。但是,只要掌握電磁兼容的基本原理,對(duì)具體問題進(jìn)行具體分析,就能夠設(shè)計(jì)出較好的解決辦法。
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