电磁干扰与电磁兼容.doc

2012年5月18日电子设备中的电磁干扰与电磁兼容 摘 要 电磁干扰(EMI) 是干扰电缆信号并降低信号完好性的电子噪音。电磁兼容性(EMC)是指设备(或系统)在其电磁环境中符合要求运行并且对其环境中的任何设备不产生无法忍受的电磁干扰的能力。 数字电子元件及设备处于强电流及高压电磁场中, 使这些设备的抗电磁干扰能力在设备设计和运行中已成为不可忽视的因素。特别是电力开关在分断过程中产生高强度的电磁脉冲更易导致此类电子系统失灵而引起误动作, 而由此造成的经济损失可能是不可估量的。所以我们一定要重视电子设备中的电磁干扰与电磁兼容的问题。关键词 电磁干扰(EMI) 电磁兼容性(EMC) 电子元件1. 引言电磁干扰是影响电子设备电磁兼容性的主要因素,其分类方法有多种,详细如下: 一般来说电磁干扰源分为两大类:天然干扰源与和人为干扰源。天然干扰源主要指于大气层的天电噪声、地球外层空间的宇宙噪声。它们是地球电磁环境的基本组成要素,又是对无线电通信和空间技术造成干扰的干扰源。人为干扰源是指有机电或其它人工装置产生的电磁能量干扰,其中专门用来发射电磁能量的装置称为有意发射干扰源,如广播、电视、通讯、雷达和导航等无线电设备。另一部门是在完成自身功能的同时附带产生电磁能量的发射称为无意发射干扰源,如交通车辆、排击输电线、照明用具、电念头械、家用电器以及产业、医用射频设备等等。从电磁干扰属性来分,可以分为功能型干扰源和非功能性干扰源。功能性干扰源系指设备实现功能过程中造成对其他设备的直接干扰;非说功能性干扰源是指用电装置在实现自身功能的同时伴随产生或附加产生的副作用,如开封闭合或堵截产生的电弧放电干扰。从干扰信号的频率范围来分。可以把干扰源分为工频与音频干扰源(50Hz及其谐波)、甚低频干扰源(30Hz以下)、载频干扰源(10kHz300kHz)、射频及视频干扰源(300kHz)、微波干扰源(300MHz100GHz)。从电子设备的内外因素来分,可分为内部干扰和外部干扰。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: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);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;设备或系统内部某些元件发烧,影响元件本身或其它元件的不乱性造成的干扰;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。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: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;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;空间电磁波对电子线路或系统产生的干扰;工作环境温度不不乱,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;由产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。2. 电磁兼容（EMC）的分析EMC 分析包括分析电子线路的辐射程度及抗干扰能力以及系统集成的电磁兼容性能。由于电器设备通常用于大电流、高电压的分断, 与其集成的数字式电子控制与监控为高灵敏元件。这就要分析该设备可能产生的最大电磁辐射, 并通过设计使其电磁辐射限制在特定的范围之内。同时找到该设备所附电子电路的敏感元件并分析其电磁敏感性。电磁干扰与兼容是一个非常复杂的问题, 涉及面很广, 要考虑产品本身的静态与动态操作特性, 操作环境, 电子元器件的相互电磁干扰性, 印刷电路板( PCB) 的布线之间的电磁耦合与元件间的干扰。设计还要考虑电磁屏蔽、接地、耦合、电线间距等。电磁干扰与抗干扰有多种分析方法, 如传统的测试法、经验分析法和现代的数值分析法。测试是传统采用的方法, 但在目前高速电子时代( 300 MHz) 要求产品设计周期短, 传统的测试法已呈现其缺点, 即设计成本高、周期长。随着高频数值分析法及高速大容量计算机的发展, 计算机辅助工程法( CAE) 在电磁兼容分析与设计中具有越来越重要的地位。数值分析法常用的有时域有限差分法、矩量法、传输线法、部分单元等效电路法、快速多极法及混合法等。3. 保证设备的电磁兼容性电子设备所发生的电磁干扰与电子设备所处的电磁环境,各电子设备之间的相互影响,以及电子设备内部的元件和部件之间的电磁耦合有关。设干扰源N 的作用功率为Pi n ( n = 1 , 2 , ) ,而被干扰设备M 的能够承受的电磁干扰的容限为Prm ( m = 1 , 2 ,) ,则干扰功率Pam n 可以用下式决定:Pam n = Pi n Kim n Kpm n Ksm n (1)式中:Kim n :干扰源N 对被干扰源设备M 产生干扰作用的有效作用系数;Kpm n :干扰源N 对被干扰源设备M 产生干扰的耦合作用系数；当干扰功率Pam n 大于受干扰设备的容限Prm时,就需要采取措施改善电磁兼容特性。当Pam n Prm 时,可以采取措施减小干扰源作用功率Pi n 或减小干扰源对被干扰.备M 的干扰的有效作用的成分(即减小)也可以采取措施降低干扰源N对被干扰.备M 产生干扰的耦合作用系数.如减小耦合电容,减小耦合电感或切断公共阻抗的耦合的渠道；也可以采取措施降低被干扰设备M的电磁干扰敏感度或提高被干扰设备M的承受干扰的容限4 电磁兼容性设计的基本原理 4.1 接地接地有三个作用: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,保证电路系统能不乱地干作。防止外界电磁场的干扰。机壳接地可以使得因为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。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,可避免操纵职员的触电事故发生。因此,接地是按捺噪声防止干扰的主要方法。为了防止雷击可能造成的人身安全和设备损坏,电子设备的机壳等,必需用接地保护。4.2 屏蔽屏蔽体具有减弱干扰的功能。选择屏蔽体材料的原则有以下几点:当干扰电磁场的频率较高时,利用低电阻率的金属材料中产生的涡流,形成对外来电磁波的抵消作用,从而达到屏蔽的效果。当干扰电磁波的频率较低时,要采用高磁导率的材料,从而使磁力线限制在屏蔽体内部,防止扩散到屏蔽的空间去。在某些场合下,假如要求对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时,往往采用不同的金属材料组成多层屏蔽体。4.3 其它按捺干扰方法滤波。滤波是按捺和防止干扰的一项重要措施。滤波器可以明显地减小传导干扰的电平,对于干扰信号有良好的按捺能力,从而起到其它干扰按捺难以起到的作用。准确选用无源元件。元件本身可能就是一个干扰源,因此准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按捺和防止干扰。总之,保证设备的电磁兼容性是一项复杂的技术任务,有效地解决电磁兼容题目在日常出产糊口中具有重要的意义。我们要在这方面有所突破,有所发展,就要把握有关电磁兼容的基本原理,当真分析,敢于立异,就一定能找到比较稳妥的解决题目方法。5. 电子设备的电磁兼容性设计电子设备的电磁兼容性设计的原理设计图如下：图2为通过数值模拟与仿真法得到的辐射频谱分布图。由图可分析该电子线路的电磁辐射是否达到产品的EMC 标准或设计技术指标的要求。图3为该电子电路的电磁辐射三维坐标分布图, 可清楚地看到高电磁辐射区域。如该区域的电磁辐射超越设计要求, 需采取措施减低其辐射量。6. 结语在电子设备的制造中一定要考虑电磁干扰与电磁兼容的问题，只有考虑了这些因素，并积极地找到解决这些原因的方法，