基于電源電子設(shè)備的電磁兼容性研究

　　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(guò)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(shuō)，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(guò)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(guò)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(chǎng)、電場(chǎng)通過(guò)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(guò)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(chǎng)，通過(guò)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(guò)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>>λ/2π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。

　　干擾信號(hào)以漏電和耦合形式，通過(guò)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)λ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<<λ/2π，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)入被干擾對(duì)象的通路。

　　干擾信號(hào)可以通過(guò)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(chǎng)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(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。屏蔽體材料選擇的原則是：當(dāng)干擾電磁場(chǎng)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(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(wú)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(wú)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(wú)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(wèn)題的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)

　　干擾特別委員會(huì)(CISPR)，主要研究無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)線電干擾特性的測(cè)量方法及允許值”(標(biāo)準(zhǔn)12號(hào));“無(wú)線電和電視接收機(jī)的無(wú)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(lái)。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)。

　　一些典型電磁兼容性問(wèn)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(wú)處不充斥著電磁波，因此，電子設(shè)備不解決電磁波干擾問(wèn)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(lái)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(wèn)題不存在萬(wàn)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(wèn)題方法。