电磁兼容设备 浅析电源电子设备的电磁兼容问题
1引言 随着电子技术的迅速发展,现代的电子设备已广泛地应用于人类生活的各个领域。当前,电子设备已处于飞速发展的时期,并且这个发展过程仍以日益增长的速度持续着。因此,必须解决电子设备在电磁环境中的适应能力。电磁兼容性(EMC)是一门关于抗电磁干扰(EMI)影响的科学。目前,就世界范围来说,电磁兼容性问题已经形成一门新的学科。 2电磁干扰源的分类 各种形式的电磁干扰是影响电子设备电磁兼容性的主要因素,因此,它是电磁兼容性设计中需要研究的重要内容。 2-1 内部干扰 内部干扰是指电子设备内部各元部件之间的相互干扰,包括以下几种。 (1)工作电源通过线路的分布电容和绝缘电阻产生漏电造成的干扰;(与工作频率有关) (2)信号通过地线、电源和传输导线的阻抗互相耦合,或导线之间的互感造成的干扰; (3)设备或系统内部某些元件发热,影响元件本身或其它元件的稳定性造成的干扰; (4)大功率和高电压部件产生的磁场、电场通过耦合影响其它部件造成的干扰。 2-2 外部干扰 外部干扰是指电子设备或系统以外的因素对线路、设备或系统的干扰,包括以下几种。 (1)外部的高电压、电源通过绝缘漏电而干扰电子线路、设备或系统; (2)外部大功率的设备在空间产生很强的磁场,通过互感耦合干扰电子线路、设备或系统; (3)空间电磁波对电子线路或系统产生的干扰; (4)工作环境温度不稳定,引起电子线路、设备或系统内部元器件参数改变造成的干扰; (5)由工业电网供电的设备和由电网电压通过电源变压器所产生的干扰。 3干扰的传递途径 当干扰源的频率较高、干扰信号的波长又比被干扰的对象结构尺寸小,或者干扰源与被干扰者之间的距离r>>λ/2π时,则干扰信号可以认为是辐射场,它以平面电磁波形式向外副射电磁场能量进入被干扰对象的通路。 (2)干扰信号以漏电和耦合形式,通过绝缘支承物等(包括空气)为媒介,经公共阻抗的耦合进入被干扰的线路、设备或系统。 如果干扰源的频率较低,干扰信号的波长λ比被干扰对象的结构尺寸长,或者干扰源与干扰对象之间的距离r<<λ/2π,则干扰源可以认为是似稳场,它以感应场形式进入被干扰对象的通路。 (3)干扰信号可以通过直接传导方式引入线路、设备或系统。 4电磁兼容性设计的基本原理 4-1 接地 接地是电子设备的一个很重要问题。接地目的有三个: (1)接地使整个电路系统中的所有单元电路都有一个公共的参考零电位,保证电路系统能稳定地干作。(2)防止外界电磁场的干扰。机壳接地可以使得由于静电感应而积累在机壳上的大量电荷通过大地泄放,否则这些电荷形成的高压可能引起设备内部的火花放电而造成干扰。(3)保证安全工作。当发生直接雷电的电磁感应时,可避免电子设备的毁坏;当工频交流电源的输入电压因绝缘不良或其它原因直接与机壳相通时,可避免操作人员的触电事故发生。因此,接地是抑制噪声防止干扰的主要方法。 4-2 屏面 屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离,以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量(涡流损耗)、反射能量(电磁波在屏蔽体上的界面反射)和抵消能量(电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场,可抵消部分干扰电磁波)的作用,所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。 4-3 其它抑制干扰方法 (1)滤波 滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施。滤波器可以显著地减小传导干扰的电平,因为干扰频谱成份不等于有用信号的频率,滤波器对于这些与有用信号频率不同的成份有良好的抑制能力,从而起到其它干扰抑制难以起到的作用。 (2)正确选用无源元件 实用的无源元件并不是“理想”的,其特性与理想的特性是有差异的。实用的元件本身可能就是一个干扰源,因此正确选用无源元件非常重要。有时也可以利用元件具有的特性进行抑制和防止干扰。 (3)电路技术 有时候采用屏蔽后仍不能满足抑制和防止干扰的要求,可以结合屏蔽,采取平衡措施等电路技术。平衡电路是指双线电路中的两根导线与连接到这两根导线的所有电路,对地或对其它导线都具有相同的阻抗。其目的在于使两根导线所检拾到的干扰信号相等。 5 电磁兼容性问题的规范和标准 干扰特别委员会(CISPR),主要研究无线电系统中干扰噪声的测量。1976年,CISPR开始制订电磁干扰的EMI标准。1900年10月在几经修订基础上公布再版标准,随后该委员会还与国际无线通信资询委员会一起审议,为电子产品电磁兼容性的检测制订数据要求及具体方法。制订了以信息技术装置噪声为对象的“工业、科学及医疗用无线电仪器的干扰特性允许值及其测量方法”(标准11号);“车辆、机动船和火花点火发动驱动装置无线电干扰特性的测量方法及允许值”(标准12号);“无线电和电视接收机的无线电干扰特性的测量方法及允许值”(标准13号)等。直至1992年中期,国际EMI标准才最终完善起来。CISPR推荐的容限已为世界上许多国家所采纳,并作为其国家条例的基础。 近年来,我国许多部门都在开展电磁兼容性的试验研究和有关技术标准的制定工作,制定了一系列标准和规范。这对保证电子设备的正常工作和人民的正常生活以及促进现代科学技术更迅速发展,都起了重要的作用。 6 一些典型电磁兼容性问题的解决 由于电子技术在各行各业中的广泛应用,在人类活动的空间无处不充斥着电磁波,因此,电子设备不解决电磁波干扰问题,就不能兼容工作。在实际应用中,人们在研究抗干扰技术方面也积累了大量的经验,不断地研究出许多实用的方法来消除电磁干扰。
实验发现汽车工作时,电磁干扰相当突出,严重时会损坏电子元器件。因此,汽车电子设备的电磁环境最为恶劣,汽车电子设备的电磁兼容性问题也特别受到人们的重视。汽车点火所产生的高频辐射最为突出。日本和美国等先进国家的环保部门为防止汽车电气噪声对环境的污染,规定只能使用带阻尼(如碳芯)的屏蔽线作为点火线,实践表明这是很有效的措施。 为了解决微电技术,尤其是计算机在汽车上的应用和推广,根据需要和实际要求,可以设计出效果良好的滤波电路,置于前级可使大多数因传导而进入系统的干扰噪声消除在电路系统的入口处;可以设置隔离电路,如变压器隔离和光电隔离等解决通过电源线、信号线和地线进入电路的传导干扰,同时阻止因公共阻抗、长线传输而引起的干扰;也可以设置能量吸收回路,从而减少电路、器件吸收的噪声能量;或通过选择元器件和合理安排电路系统,使干扰的影响减小。 由于电子技术应用广泛,而且各种干扰设备的辐射很复杂,要完全消除电磁干扰是不可能的。但是,根据电磁兼容性原理,可以采取许多技术措施减小电磁干扰,使电磁干扰控制到一定范围内,从而保证系统或设备的兼容性。另外,微波铁塔是独立的高大建筑物,应采用完善的接地、屏蔽等避雷措施。 7 结束语 保证设备的电磁兼容性是一项复杂的技术任务,对于这个问题不存在万能的解决方法。电磁兼容技术涉及面很广,电磁兼容性领域也正在发展,重要的是掌握有关电磁兼容的基本原理,认真分析和试验,就能选择合适的解决问题方法。
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