电磁兼容三种抑制方法

2020年1月15日11:28:00 评论

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不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。

EMC包括EMI(电磁干扰)及EMS(电磁耐受性)两部分,所谓EMI电磁干扰,乃为机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声;而EMS乃指机器在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力。

目前许多国家都发布了自己的电磁兼容标准。EMC极其考验一个设计人员的经验与能力,如何去抑制电磁兼容问题呢?通过查找资料,我主要去了解了以下的三种与我们目前较为相关的抑制方法。

1.接地

在电赛时,我们经常讨论的问题之一就是接地及接地方法了。尽管这个术语使用得如此自然,接地方法讨论了那么多情况,但是许多人不曾认真考虑其具体含义了,结果面对许多接地不当带来的问题不知所措。

接地的种类可分为安全接地和信号接地。安全接地又可分为设备安全接地、接零保护和防雷接地,信号接地又可分为单点接地、多点接地、混合接地和悬浮接地。

接地通常指这个电位参考点取大地,在实际系统中 , 常常用一个低阻抗的导体作为大地 , 如机壳。接地的作用主要是防止人身遭受电击、设备和线路遭受损坏、预防火灾和防止雷击、防止静电损害和保障电力系统正常运行。

2.滤波

滤波技术的基本用途是选择信号和抑制干扰,为实现这两大功能而设计的网络都称为滤波器。通常按功用可把滤波器分为信号选择滤波器和电磁干扰(EMI)滤波器两大类。

信号选择滤波器是以有效去除不需要的信号分量,同时是对被选择信号的幅度相位影响最小的滤波器。

电磁干扰滤波器是以能够有效抑制电磁干扰为目标的滤波器。电磁干扰滤波器常常又分为信号线EMI滤波器、电源EMI滤波器、印刷电路板EMI滤波器、反射EMI滤波器、隔离EMI滤波器等几类。

线路板上的导线是最有效的接收和辐射天线,由于导线的存在,往往会使线路板上产生过强的电磁辐射。同时,这些导线又能接受外部的电磁干扰,使电路对干扰很敏感。在导线上使用信号滤波器是一个解决高频电磁干扰辐射和接收很有效的方法。脉冲信号的高频成分很丰富,这些高频成分可以借助导线辐射,使线路板的辐射超标。信号滤波器的使用可使脉冲信号的高频成分大大减少,由于高频信号的辐射效率较高,这个高频成分的减少,线路板的辐射将大大改善。

电源线是电磁干扰传入设备和传出设备主要途径。通过电源线,电网上的干扰可以传入设备,干扰设备的正常工作。同样,设备的干扰也可以通过电源线传到电网上,对网上其它设备造成干扰。为了防止这两种情况的发生,必须在设备的电源入口处安装一个低通滤波器,这个滤波器只容许设备的工作频率(50Hz,60Hz,400Hz)通过,而对较高频率的干扰有很大的损耗,由于这个滤波器专门用于设备电源线上,所以称为电源线滤波器。

电源线上的干扰电路以两种形式出现。一种是在火线零线回路中,其干扰被称为差模干扰。另一种是在和火线、零线与地线和大地的回路中,称为共模干扰。通常200Hz以下时,差模干扰成分占主要部分。1MHz以上时,共模干扰成分占主要成分。电源滤波器对差模干扰和共模干扰都有抑制作用,但由于电路结构不同,对差模干扰和共模干扰的抑制效果不一样。所以滤波器的技术指标中有差模插入损耗和共模插入损耗之分。

正如我们做的线性直流开关稳压电源,在整流后都会有大小电容滤波,而在输出处也接有耦合电容。

3.电磁屏蔽

电磁屏蔽就是以金属隔离的原理来控制电磁干扰由一个区域向另一区域感应和辐射传播的方法。

屏蔽一般分为两种类型:一类是静电屏蔽,主要用于防治静电场和恒定磁场的影响,另一类是电磁屏蔽,主要用于防止交变电场、交变磁场以及交变电磁场的影响。

静电屏蔽应具有两个基本要点,即完善的屏蔽体和良好的接地。电磁屏蔽不但要求有良好的接地,而且要求屏蔽体具有良好的导电连续性,对屏蔽体的导电性要求要比静电屏蔽高得多。因而为了满足电磁兼容性要求,常常用高导电性的材料作为屏蔽材料,如铜板、铜箔、铝板、铝箔、钢板或金属镀层、导电涂层。

在实际的屏蔽中,电磁屏蔽效能更大程度上依赖于机箱的结构,即导电的连续性。机箱上的接缝、开口等都是电磁波的泄漏源。穿过机箱的电缆也是造成屏蔽效能下降的主要原因。解决机箱缝隙电磁泄漏的方式是在缝隙处用电磁密封衬垫。电磁密封衬垫是一种导电的弹性材料,它能够保持缝隙处的导电连续性。常见的电磁密封衬垫有导电橡胶、双重导电橡胶、金属编织网套、螺旋管衬垫、定向金属导电橡胶等。机箱上开口的电磁泄漏与开口的形状、辐射源的特性和辐射源到开口处的距离有关。通过适当的设计开口尺寸和辐射源到开口的距离能够改善屏蔽效能的要求。

对于计算机显示屏等,即要满足视觉需要,又要满足防电磁泄漏要求。通常在显示屏前加装高性能屏蔽视窗。屏蔽机箱上绝不允许有导线直接穿过。当导线必须穿过机箱时,一定要使用适当的滤波器,或对导线进行适当的屏蔽。

而在我们电赛的模拟方面的题目中,经常用到一种屏蔽线。屏蔽线是使用金属网状编织层把信号线包裹起来的传输线。编织层一般是红铜或者镀锡铜。屏蔽线的作用是将电磁场噪声源与敏感设备隔离,切断噪声源的传播路径。

还有我们上网买的芯片或者单片机,送过来时都有一个静电屏蔽袋子装着,老师也跟我们强调不要随便触摸芯片。这些措施都是为了避免静电对芯片的破坏。

在我们设计PCB板时,也要注意电磁兼容的问题。我们应从现在开始,培养自己在设计阶段就充分考虑EMC问题的抑制手段等问题,以后才能避免出现过多错误而后悔莫及。

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