EMC與電子設(shè)備設(shè)計(jì)的屏蔽技術(shù)
電子技術(shù)的飛速發(fā)展給人們的生活和工作帶來(lái)了巨大的幫助，與此同時(shí)，電子設(shè)備在各種場(chǎng)合的廣泛應(yīng)用，尤其是多種設(shè)備的相互配合使用，使電子設(shè)備不可避免地處在電磁環(huán)境之中，導(dǎo)致了電子設(shè)備之間的電磁干擾(EMI)。因此，電子設(shè)備在電磁環(huán)境中的適應(yīng)能力和電子設(shè)備的電磁兼容(EMC)問(wèn)題是我們?cè)谶M(jìn)行電子設(shè)備的設(shè)計(jì)和使用時(shí)必須考慮的問(wèn)題。
1 認(rèn)識(shí)EMC
1．1 EMC的定義
EMC是指“設(shè)備在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)，即該設(shè)備不會(huì)由于受到處于同一電磁環(huán)境中的其它設(shè)備的電磁發(fā)射導(dǎo)致或遭受不允許的降級(jí)，它也不會(huì)使同一電磁環(huán)境中其它設(shè)備因受其電磁發(fā)射而導(dǎo)致或遭受不允許的降級(jí)”。由此可見(jiàn)，EMC是研究在有限的空間、時(shí)間和頻譜資源的功能條件下，各種電氣設(shè)備可以共同工作，并不發(fā)生降級(jí)的一門科學(xué)。
1．2 EMC設(shè)計(jì)的目的
顯然，EMC設(shè)計(jì)的目的就是使所設(shè)計(jì)的電子設(shè)備或系統(tǒng)在預(yù)期的電磁環(huán)境中能夠?qū)崿F(xiàn)電磁兼容。換而言之，就是說(shuō)設(shè)計(jì)的電子設(shè)備或系統(tǒng)必須能夠滿足EMC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的兩方面的能力：1)能在預(yù)期的電磁環(huán)境中正常工作，無(wú)性能降低或故障；2)對(duì)該電磁環(huán)境不是一個(gè)污染源。
2 電磁干擾(EMI)的來(lái)源
電子設(shè)備電磁兼容問(wèn)題的核心是控制和消除電磁干擾。因此，對(duì)于電子設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾的原因必須清楚。
2．1 電子設(shè)備的自身干擾
電子設(shè)備的自身干擾是指電子設(shè)備內(nèi)部各器件之間的相互干擾，主要有以下幾種：
1)通過(guò)電源地線、傳輸導(dǎo)線的阻抗、導(dǎo)線之間的互感產(chǎn)生的電磁干擾；
2)大功率和高電壓的器件產(chǎn)生的磁場(chǎng)、電場(chǎng)對(duì)其它器件造成的干擾；
3)由線路的分布電容和絕緣電阻產(chǎn)生的干擾。
2．2 電子設(shè)備的外界干擾
電子設(shè)備的外界干擾是指電子設(shè)備以外的干擾信號(hào)對(duì)電子設(shè)備的干擾，主要有以下幾種：
1)外部的大功率設(shè)備在空間產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)，通過(guò)互感藕合干擾電子設(shè)備；
2)空間電磁信號(hào)對(duì)電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾；
3)工業(yè)電網(wǎng)上的用電器通過(guò)電源變壓器產(chǎn)生的干擾；
4)外部的高電壓由于絕緣體漏電產(chǎn)生的干擾信號(hào)。
3 電磁干擾(EMI)的屏蔽措施
電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用產(chǎn)生了多種形式的電磁干擾，完全徹底地消除干擾是不可能的，但是根據(jù)電磁兼容性原理，可以采用許多技術(shù)措施來(lái)減小電磁干擾，使之控制在一定的范圍之內(nèi)，保證電子設(shè)備或系統(tǒng)的兼容性。屏蔽技術(shù)即為常用的抑制和消除電磁干擾的措施。
屏蔽就是以金屬隔離的原理來(lái)控制某一區(qū)域的電場(chǎng)或磁場(chǎng)對(duì)另一區(qū)域的干擾。它包括兩個(gè)含義：一是將電路、電纜或整個(gè)系統(tǒng)的干擾源包圍起來(lái)，防止電磁干擾向外擴(kuò)散；二是用屏蔽體將接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)包圍起來(lái)，防止它們受到外界電磁干擾的影響。屏蔽按照機(jī)理可以分為電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽、電磁場(chǎng)屏蔽三種不同方式。
3．1 電場(chǎng)屏蔽
電子設(shè)備中的電場(chǎng)通常是交變電場(chǎng)，因此可以將兩個(gè)系統(tǒng)間的電場(chǎng)感應(yīng)認(rèn)為是兩個(gè)系統(tǒng)之間分布電容Cj的耦合，如圖1所示。
其中，Ug為干擾源交變電壓，Us為接受器的感應(yīng)電壓，Cj為G、S間的分布電容，Zs為接受器的接地電阻。則可得
由此可知，干擾電壓Us的大小與耦合電容Cj的大小有關(guān)：Cj越大，則Us越大。因此，為了減小干擾電壓Us，應(yīng)設(shè)法減小耦合電容Cj，設(shè)法將干擾源G和接受器S盡可能的遠(yuǎn)離。如果條件所限不能遠(yuǎn)離，則應(yīng)在二者之間采取屏蔽措施。
如圖2，在干擾源G和接受器S之間加入屏蔽體P，若屏蔽體P的接地電阻為ZP，則可得屏蔽體的感應(yīng)電壓為
則接受器上的感應(yīng)電壓為
由此可知，要使接受器的感應(yīng)電壓Us減小，Zp應(yīng)盡可能的小。所以，屏蔽體必須選擇導(dǎo)電性能良好的材料，而且須有良好的接地。否則，因?yàn)镃l>Cj，C2>Cj，若屏蔽體的接地電阻較大，將使屏蔽體加入后造成的干擾反而變得更大。
3．2 磁場(chǎng)屏蔽
磁場(chǎng)屏蔽是指對(duì)低頻磁場(chǎng)和高頻磁場(chǎng)的屏蔽。低頻磁場(chǎng)的屏蔽采用高導(dǎo)磁率的鐵磁性材料。利用鐵磁性材料的高導(dǎo)磁率對(duì)干擾磁場(chǎng)進(jìn)行分路，使通過(guò)空氣的磁通大為減少，從而降低對(duì)被干擾源的影響，起到磁場(chǎng)屏蔽的作用。由于是磁分路，所以屏蔽材料的磁導(dǎo)率U越高，屏蔽罩越厚，磁分路流過(guò)的磁通越多，屏蔽效果越好。高頻磁場(chǎng)的屏蔽采用低電阻率的良導(dǎo)體作為屏蔽材料。外界高頻磁場(chǎng)在屏蔽體中產(chǎn)生渦流，渦流形成的磁場(chǎng)抑制和抵消外界磁場(chǎng)，從而起到了屏蔽的作用。與低頻磁屏蔽不同，由于高頻渦流的趨膚效應(yīng)，屏蔽體的尺寸并不是屏蔽效果的關(guān)鍵所在，而且屏蔽體接地與否和屏蔽效果也沒(méi)有關(guān)系。但對(duì)于高頻磁屏蔽的金屬良導(dǎo)體而言，若有良好的接地，則同時(shí)具備了電場(chǎng)屏蔽和磁場(chǎng)屏蔽的效果。所以，通常高頻磁屏蔽的屏蔽體也應(yīng)接地。
3．3 電磁場(chǎng)屏蔽
電磁場(chǎng)屏蔽是利用屏蔽體對(duì)電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)加以屏蔽，一般用來(lái)對(duì)高頻電磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽。由前述可知，對(duì)于頻率較高的干擾電壓，選擇良導(dǎo)體制作屏蔽體，且有良好的接地，則可起到對(duì)電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)進(jìn)行屏蔽的效果。但是必須注意，對(duì)高頻磁場(chǎng)屏蔽的渦流不僅對(duì)外來(lái)干擾產(chǎn)生抵制作用，同時(shí)還可能對(duì)被屏蔽體保護(hù)的設(shè)備內(nèi)部帶來(lái)不利的影響，從而產(chǎn)生新的干擾。
4 結(jié)束語(yǔ)
電磁兼容(EMC)涉及到電工技術(shù)、電子技術(shù)和材料技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，并且電磁兼容涉及的領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)大，對(duì)這個(gè)問(wèn)題的解決還沒(méi)有統(tǒng)一的方法。但是，只要掌握電磁兼容的基本原理，對(duì)具體問(wèn)題進(jìn)行具體分析，就能夠設(shè)計(jì)出較好的解決辦法。
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