隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展,現(xiàn)代的電子設(shè)備已廣泛地應(yīng)用于人類生活的各個(gè)領(lǐng)域。當(dāng)前,電子設(shè)備已處于飛速發(fā)展的時(shí)期,并且這個(gè)發(fā)展過程仍以日益增長的速度持續(xù)著。電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用和發(fā)展,必然導(dǎo)致它們?cè)谄渲車臻g產(chǎn)生的電磁場電平的不斷增加。也就是說,電子設(shè)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(shè)備在電磁環(huán)境中的適應(yīng)能力。電磁兼容性(EMC)是一門關(guān)于抗電磁干擾(EMI)影響的科學(xué)。
電磁干擾源的分類
各種形式的電磁干擾是影響電子設(shè)備電磁兼容性的主要因素,因此,它是電磁兼容性設(shè)計(jì)中需要研究的重要內(nèi)容。電磁干擾源可分為內(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,包括工作電源通過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)熱,影響元件本身或其它元件的穩(wěn)定性造成的干擾;大功率和高電壓部件產(chǎn)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(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,包括外部的高電壓、電源通過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,通過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)境溫度不穩(wěn)定,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_;由工業(yè)電網(wǎng)供電的設(shè)備和由電網(wǎng)電壓通過電源變壓器所產(chǎn)生的干擾。
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距離r>>λ/2π時(shí),則干擾信號(hào)可以認(rèn)為是輻射場,它以平面電磁波形式向外副射電磁場能量進(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)。如果干擾源的頻率較低,干擾信號(hào)的波長λ比被干擾對(duì)象的結(jié)構(gòu)尺寸長,或者干擾源與干擾對(duì)象之間的距離r<<λ/2π,則干擾源可以認(rèn)為是似穩(wěn)場,它以感應(yīng)場形式進(jìn)入被干擾對(duì)象的通路。
干擾信號(hào)可以通過直接傳導(dǎo)方式引入線路、設(shè)備或系統(tǒng)。
電磁兼容性設(shè)計(jì)的基本原理
首先是接地。接地目的包括:保證電路系統(tǒng)能穩(wěn)定地干作;防止外界電磁場的干擾;保證安全工作。其次是屏蔽。屏蔽就是對(duì)兩個(gè)空間區(qū)域之間進(jìn)行金屬的隔離,以控制電場、磁場和電磁波由一個(gè)區(qū)域?qū)α硪粋€(gè)區(qū)域的感應(yīng)和輻射。屏蔽體材料選擇的原則是:當(dāng)干擾電磁場的頻率較高時(shí),利用低電阻率的金屬材料;當(dāng)干擾電磁波的頻率較低時(shí),要采用高導(dǎo)磁率的材料;在某些場合下,如果要求對(duì)高頻和低頻電磁場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、正確選用無源元件和電路技術(shù)。濾波是抑制和防止干擾的一項(xiàng)重要措施。濾波器可以顯著地減小傳導(dǎo)干擾的電平,對(duì)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。濾波器的種類很多,選擇適當(dāng)?shù)臑V波器能消除不希望的耦合。實(shí)用的無源元件并不是“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足抑制和防止干擾的要求,可以結(jié)合屏蔽,采取平衡措施等電路技術(shù)。平衡電路是指雙線電路中的兩根導(dǎo)線與連接到這兩根導(dǎo)線的所有電路,對(duì)地或?qū)ζ渌鼘?dǎo)線都具有相同的阻抗。
電磁兼容性問題的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)
干擾特別委員會(huì)(CISPR),主要研究無線電系統(tǒng)中干擾噪聲的測量。1976年,CISPR開始制訂電磁干擾的EMI標(biāo)準(zhǔn)。1900年10月在幾經(jīng)修訂基礎(chǔ)上公布再版標(biāo)準(zhǔn),隨后該委員會(huì)還與國際無線通信資詢委員會(huì)一起審議,為電子產(chǎn)品電磁兼容性的檢測制訂數(shù)據(jù)要求及具體方法。制訂了以信息技術(shù)裝置噪聲為對(duì)象的“工業(yè)、科學(xué)及醫(yī)療用無線電儀器的干擾特性允許值及其測量方法”(標(biāo)準(zhǔn)11號(hào));“車輛、機(jī)動(dòng)船和火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置無線電干擾特性的測量方法及允許值”(標(biāo)準(zhǔn)12號(hào));“無線電和電視接收機(jī)的無線電干擾特性的測量方法及允許值”(標(biāo)準(zhǔn)13號(hào))等。直至1992年中期,國際EMI標(biāo)準(zhǔn)才最終完善起來。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(chǔ)。
一些典型電磁兼容性問題的解決
由于電子技術(shù)在各行各業(yè)中的廣泛應(yīng)用,在人類活動(dòng)的空間無處不充斥著電磁波,因此,電子設(shè)備不解決電磁波干擾問題,就不能兼容工作。在實(shí)際應(yīng)用中,人們?cè)谘芯靠垢蓴_技術(shù)方面也積累了大量的經(jīng)驗(yàn),不斷地研究出許多實(shí)用的方法來消除電磁干擾。微機(jī)設(shè)備的軟件抗干擾主要是穩(wěn)定內(nèi)存數(shù)據(jù)和保證程序指針。微機(jī)是一個(gè)可編程控制裝置,軟件可以支持和加強(qiáng)硬件的抗干擾能力。
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),對(duì)于這個(gè)問題不存在萬能的解決方法。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(rèn)真分析和試驗(yàn),就能選擇合適的解決問題方法。
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