電子設備的廣泛應用和發展,使它們在其附近空間產生的電磁場電平不斷增加。這說明電子設備不可避免地在電磁環境(EME)中工作。因此,解決電子設備在電磁環境中的適應能力是相稱必要和重要的。
1 電磁兼容性(EMC)是指設備(或系統)在其電磁環境中符合要求運行并且對其環境中的任何設備不產生無法忍受的電磁干擾的能力。
EMC的要求有兩方面:一是指設備在正常運行過程中對所在環境產生的電磁干擾不能超過一定的限值(不干擾其它電子產品);二是指用具有一定程度的抗擾度,即電磁敏感性(不被其他電子產品干擾)。電磁兼容性(EMC)是一門關于抗電磁干擾(EMI)影響的科學。控制和消除電磁干擾,使電子設備或系統與其它設備在一起工作時,不引起任何部門的工作機能的惡化或降低,是電磁兼容研究的中央課題。
2 電磁干擾的三個基本要素
電磁干擾(EMI) 是干擾電纜信號并降低信號完好性的電子噪音。
任何一個電磁干擾的發生三個必備前提是:首先應具有干擾源;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象的響應。在電磁兼容性理論中把被干擾對象統稱為敏感設備。因此干擾源、干擾傳播途徑(或傳輸通道)和敏感設備稱為電磁干擾的三個基本要素。
3 電磁干擾源的分類
電磁干擾是影響電子設備電磁兼容性的主要因素,其分類方法有多種,詳細如下:
一般來說電磁干擾源分為兩大類: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。它們是地球電磁環境的基本組成要素,又是對無線電通信和空間技術造成干擾的干擾源。
人為干擾源是指有機電或其它人工裝置產生的電磁能量干擾,其中專門用來發射電磁能量的裝置稱為有意發射干擾源,如廣播、電視、通訊、雷達和導航等無線電設備。另一部門是在完成自身功能的同時附帶產生電磁能量的發射稱為無意發射干擾源,如交通車輛、排擊輸電線、照明用具、電念頭械、家用電器以及產業、醫用射頻設備等等。
從電磁干擾屬性來分,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備實現功能過程中造成對其他設備的直接干擾;非說功能性干擾源是指用電裝置在實現自身功能的同時伴隨產生或附加產生的副作用,如開封閉合或堵截產生的電弧放電干擾。
從干擾信號的頻率范圍來分。可以把干擾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)。
從電子設備的內外因素來分,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,包括以下幾種:
工作電源通過線路的分布電容和絕緣電阻產生漏電造成的干擾(與工作頻率有關);信號通過地線、電源和傳輸導線的阻抗互相耦合,或導線之間的互感造成的干擾;設備或系統內部某些元件發燒,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生的磁場、電場通過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路、設備或系統的干擾,包括以下幾種:
外部的高電壓、電源通過絕緣漏電而干擾電子線路、設備或系統;外部大功率的設備在空間產生很強的磁場,通過互感耦合干擾電子線路、設備或系統;空間電磁波對電子線路或系統產生的干擾;工作環境溫度不不亂,引起電子線路、設備或系統內部元器件參數改變造成的干擾;由產業電網供電的設備和由電網電壓通過電源變壓器所產生的干擾。
4 干擾的傳遞途徑
當干擾源的頻率較高、干擾信號的波長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間隔r>>λ/2π時,則干擾信號可以以為是輻射場,它以平面電磁波形式向外輻射電磁場能量進入被干擾對象的通路。
干擾信號以漏電和耦合形式,通過絕緣支承物等(包括空氣)為媒介,經公共阻抗的耦合進入被干擾的線路、設備或系統。
干擾信號可以通過直接傳導方式引入線路、設備或系統。
5 電磁兼容性設計的基本原理
5.1 接地
接地有三個作用:
接地使整個電路系統中的所有單元電路都有一個公共的參考零電位,保證電路系統能不亂地干作。
防止外界電磁場的干擾。機殼接地可以使得因為靜電感應而積累在機殼上的大量電荷通過大地泄放,否則這些電荷形成的高壓可能引起設備內部的火花放電而造成干擾。
保證安全工作。當發生直接雷電的電磁感應時,可避免電子設備的毀壞;當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殼相通時,可避免操縱職員的觸電事故發生。
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備損壞,電子設備的機殼等,必需用接地保護。
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:
當干擾電磁場的頻率較高時,利用低電阻率的金屬材料中產生的渦流,形成對外來電磁波的抵消作用,從而達到屏蔽的效果。
當干擾電磁波的頻率較低時,要采用高磁導率的材料,從而使磁力線限制在屏蔽體內部,防止擴散到屏蔽的空間去。
在某些場合下,假如要求對高頻和低頻電磁場都具有良好的屏蔽效果時,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重要措施。濾波器可以明顯地減小傳導干擾的電平,對于干擾信號有良好的按捺能力,從而起到其它干擾按捺難以起到的作用。
準確選用無源元件。元件本身可能就是一個干擾源,因此準確選用無源元件非常重要。有時也可以利用元件具有的特性進行按捺和防止干擾。
總之,保證設備的電磁兼容性是一項復雜的技術任務,有效地解決電磁兼容題目在日常出產糊口中具有重要的意義。我們要在這方面有所突破,有所發展,就要把握有關電磁兼容的基本原理,當真分析,敢于立異,就一定能找到比較穩妥的解決題目方法。