電源電子設(shè)備的電磁兼容(一)

1、電源電子設(shè)備的電磁兼容(一)    摘要：本文全面地論述了電子設(shè)備的電磁兼容性問題。比較詳細(xì)地分析了干擾源、干擾的傳遞途徑，并介紹了有效抑制和防止干擾的各種措施及其原理。 關(guān)鍵詞：電子設(shè)備 電磁兼容性 干擾源 有效抑制 引言 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(zhǎng)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(chǎng)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

2、兼容性（EMC）是一門關(guān)于抗電磁干擾（EMI）影響的科學(xué)。目前，就世界范圍來說，電磁兼容性問題已經(jīng)形成一門新的學(xué)科。電磁兼容的中心課題是研究控制和消除電磁干擾，使電子設(shè)備或系統(tǒng)與其它設(shè)備聯(lián)系在一起工作時(shí)，不引起設(shè)備或系統(tǒng)的任何部分的工作性能的惡化或降低。一個(gè)設(shè)計(jì)理想的電子設(shè)備或系統(tǒng)應(yīng)該既不輻射任何不希望的能量，又應(yīng)該不受任何不希望有的能量的影響。 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。 21 內(nèi)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，包括以下幾種。 （1）工作電源通過線路的分布電容和絕緣電阻產(chǎn)生漏電

3、造成的干擾；(與工作頻率有關(guān)) （2）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； （3）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； （4）大功率和高電壓部件產(chǎn)生的磁場(chǎng)、電場(chǎng)通過耦合影響其它部件造成的干擾。 22外部干擾 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，包括以下幾種。 （1）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)； （2）外部大功率的設(shè)備在空間產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)，通過互感耦合干擾電子線路、設(shè)備或系統(tǒng)； （3）空間電磁波對(duì)電子線路或系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾； （4）工作環(huán)境溫度不穩(wěn)定，引起電子線路、設(shè)備或系

4、統(tǒng)內(nèi)部元器件參數(shù)改變?cè)斐傻母蓴_； （5）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(zhǎng)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>>2時(shí)，則干擾信號(hào)可以認(rèn)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(duì)象的通路。 （2）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(zhǎng)比被干擾對(duì)象的結(jié)構(gòu)尺寸長(zhǎng)，或者干擾源與干擾對(duì)象之間的距離r<<2，則干擾源可以認(rèn)為是似穩(wěn)場(chǎng)，它以感應(yīng)場(chǎng)形式進(jìn)入被干

5、擾對(duì)象的通路。 （3）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 接地 接地是電子設(shè)備的一個(gè)很重要問題。接地目的有三個(gè)： （1）接地使整個(gè)電路系統(tǒng)中的所有單元電路都有一個(gè)公共的參考零電位，保證電路系統(tǒng)能穩(wěn)定地干作。 （2）防止外界電磁場(chǎng)的干擾。機(jī)殼接地可以使得由于靜電感應(yīng)而積累在機(jī)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(shè)備內(nèi)部的火花放電而造成干擾。另外，對(duì)于電路的屏蔽體，若選擇合適的接地，也可獲得良好的屏蔽效果。 （3）保證安全工作。當(dāng)發(fā)生直接雷電的電磁感應(yīng)時(shí)，可避免電子設(shè)備的毀壞；當(dāng)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(jī)殼相通

6、時(shí)，可避免操作人員的觸電事故發(fā)生。此外，很多醫(yī)療設(shè)備都與病人的人體直接相連，當(dāng)機(jī)殼帶有110V或220V電壓時(shí)，將發(fā)生致命危險(xiǎn)。 因此，接地是抑制噪聲防止干擾的主要方法。接地可以理解為一個(gè)等電位點(diǎn)或等電位面，是電路或系統(tǒng)的基準(zhǔn)電位，但不一定為大地電位。為了防止雷擊可能造成的損壞和工作人員的人身安全，電子設(shè)備的機(jī)殼和機(jī)房的金屬構(gòu)件等，必須與大地相連接，而且接地電阻一般要很小，不能超過規(guī)定值。 電路的接地方式基本上有三類，即單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和混合接地。單點(diǎn)接地是指在一個(gè)線路中，只有一個(gè)物理點(diǎn)被定義為接地參考點(diǎn)。其它各個(gè)需要接地的點(diǎn)都直接接到這一點(diǎn)上。多點(diǎn)接地是指某一個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)接地點(diǎn)都直接接到距

7、它最近的接地平面上，以使接地引線的長(zhǎng)度最短。接地平面，可以是設(shè)備的底板，也可以是貫通整個(gè)系統(tǒng)的地導(dǎo)線，在比較大的系統(tǒng)中，還可以是設(shè)備的結(jié)構(gòu)框架等等?；旌辖拥厥菍⒛切┲恍韪哳l接地點(diǎn)，利用旁路電容和接地平面連接起來。但應(yīng)盡量防止出現(xiàn)旁路電容和引線電感構(gòu)成的諧振現(xiàn)象。 屏面 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(chǎng)、磁場(chǎng)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。具體講，就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個(gè)系統(tǒng)的干擾源包圍起來，防止干擾電磁場(chǎng)向外擴(kuò)散；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場(chǎng)的影響。 因?yàn)槠帘误w對(duì)來自導(dǎo)線、電纜、元部件、電路或系統(tǒng)等外部的干

8、擾電磁波和內(nèi)部電磁波均起著吸收能量（渦流損耗）、反射能量（電磁波在屏蔽體上的界面反射）和抵消能量（電磁感應(yīng)在屏蔽層上產(chǎn)生反向電磁場(chǎng)，可抵消部分干擾電磁波）的作用，所以屏蔽體具有減弱干擾的功能。 屏蔽體材料選擇的原則是： （1）當(dāng)干擾電磁場(chǎng)的頻率較高時(shí)，利用低電阻率（高電導(dǎo)率）的金屬材料中產(chǎn)生的渦流（P=I2R，電阻率越低（電導(dǎo)率越高），消耗的功率越大），形成對(duì)外來電磁波的抵消作用，從而達(dá)到屏蔽的效果。 （2）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，從而使磁力線限制在屏蔽體內(nèi)部，防止擴(kuò)散到屏蔽的空間去。 （3）在某些場(chǎng)合下，如果要求對(duì)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

9、金屬材料組成多層屏蔽體。 其它抑制干擾方法 （1）濾波 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，因?yàn)楦蓴_頻譜成份不等于有用信號(hào)的頻率，濾波器對(duì)于這些與有用信號(hào)頻率不同的成份有良好的抑制能力，從而起到其它干擾抑制難以起到的作用。所以，采用濾波網(wǎng)絡(luò)無論是抑制干擾源和消除干擾耦合，或是增強(qiáng)接收設(shè)備的抗干擾能力，都是有力措施。用阻容和感容去耦網(wǎng)絡(luò)能把電路與電源隔離開，消除電路之間的耦合，并避免干擾信號(hào)進(jìn)入電路。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CLCM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。 （2）正確選用無源元件 實(shí)用的

10、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。 （3）電路技術(shù)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。其目的在于使兩根導(dǎo)線所檢拾到的干擾信號(hào)相等。這時(shí)的干擾噪聲是一個(gè)共態(tài)信號(hào)，可在負(fù)載上自行消失。另外，還可采用其它一些電路技術(shù)，例如接點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，整形電路，積分電路和選通電路等等?？傊捎秒娐芳夹g(shù)也是抑制和防止干擾的重要措施。 5電磁兼容

11、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(cè)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(guó)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量方法及允許值”（標(biāo)準(zhǔn)13號(hào)）等。直至1992年中期，國(guó)際EMI標(biāo)準(zhǔn)才最終完善起來。

12、CISPR推薦的容限已為世界上許多國(guó)家所采納，并作為其國(guó)家條例的基礎(chǔ)。 無線電發(fā)射機(jī)功率電平是影響周圍無線電電子設(shè)備，產(chǎn)生干擾電平的一個(gè)重要因素。因此無線電發(fā)射機(jī)功率電平應(yīng)該受到限制。例如，根據(jù)無線電通信咨詢委員會(huì)357-1號(hào)建議，在衛(wèi)星通信系統(tǒng)和地面微波中繼通信線路共同使用的（58008100MHz）頻段上，當(dāng)給到天線上的功率不超過13dBW時(shí)，應(yīng)該限制微波中繼通信線路的發(fā)射機(jī)有效輻射功率（即發(fā)射機(jī)功率和天線增益的乘積）數(shù)值為55dBW。建議同時(shí)限制衛(wèi)星通信的地面站的功率及通信衛(wèi)星輻射功率通量密度。許多其它的無線電業(yè)務(wù)，例如業(yè)余無線電愛好者的，移動(dòng)通信系統(tǒng)等的發(fā)射機(jī)功率的最大值也應(yīng)該受到限制

13、。 頻率規(guī)劃在全國(guó)和全世界范圍內(nèi)已被廣泛采用，是提高射頻資源利用率的一種途徑，也是保證無線電電子設(shè)備電磁兼容性的重要措施之一。因此應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)際協(xié)議（無線電頻率分配表）和全國(guó)文件，實(shí)行國(guó)家、地區(qū)的頻帶劃分和業(yè)務(wù)之間的頻帶分配。根據(jù)頻率空間分配的原理進(jìn)行無線頻道分配。頻率規(guī)劃必須保證每個(gè)無線電電子設(shè)備干擾電平最小，或消除干擾，由國(guó)家無線電管理委員會(huì)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)。 近年來，我國(guó)許多部門都在開展電磁兼容性的試驗(yàn)研究和有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。例如，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3907-83為工業(yè)無線電干擾基本測(cè)量方法；GB4824.1-84為工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療射頻設(shè)備無線電干擾允許值；GB6279-86為車輛、機(jī)動(dòng)船和火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置無線電特性測(cè)量方法及允許值等。國(guó)家無線電管理委員會(huì)對(duì)工、科、醫(yī)等電子設(shè)備的使用頻率、帶寬和最大輻射場(chǎng)強(qiáng)都作出了具體規(guī)定。這