1 导言
电子设备的广泛运用和开展,必定导致它们在其周围空间发生的电磁场电平的不断添加,电子设备不可避免的在电磁环境中作业,因而,必需要处理电子设备在电磁环境中的适应才能。假如不处理好电子设备体系的电磁兼容性问题,整个体系将无法正常作业,所以电子设备的电磁兼容规划的重要性应该得到咱们的充沛注重。电磁兼容性的研讨是环绕构成电磁搅扰的三要素进行的,即搅扰源、搅扰传输途径和搅扰接受器。电子设备的电磁兼容性规划首要包含:约束搅扰源的电磁发射、操控电磁搅扰的传达以及增强灵敏设备的抗搅扰才能。
2 电子设备电磁兼容性
电磁兼容性是指器材、设备或体系在地址电磁环境中杰出运转,而且不对其地址环境发生任何难以接受的电磁打扰的才能。电磁兼容涵盖了电磁搅扰和电磁灵敏度。为完成体系内设备互不搅扰、兼容运转,即要操控打扰源的电磁发射,又要进步受打扰目标的抗扰度。
电磁兼容性规划依据为体系内电磁环境及体系内设备的电磁灵敏度。设体系内搅扰源N的作用功率为Pn(n=1,2,…),而被搅扰设备M可以接受的电磁搅扰的容限为Pm(m=1,2,…),则搅扰功率Pamn可用下式决议:
式中:Kmn搅扰源N对被搅扰源设备M发生搅扰作用的有用作用系数;Kpmn搅扰源N对被搅扰源设备M发生搅扰的耦合作用系数;Kmn被搅扰源设备M对电磁搅扰的灵敏度。
当搅扰功率Pamn大于受搅扰设备的容限Pm时,就需要采纳办法改善电磁兼容性。当Pamn>Pm时,可以采纳办法减小搅扰源作用功率Pm或减小搅扰源对被搅扰设备M的搅扰的有用作用的成分(即减小Kmn),也可以采纳办法下降搅扰源N对被搅扰设备M发生搅扰的耦合作用系数Kpmn,如减小耦合电容,减小耦合电感或堵截公共阻抗的耦合途径;也可以采纳办法下降被搅扰设备M的电磁搅扰灵敏度Kmn或进步被搅扰设备的接受搅扰的容限Pm。
3 电磁搅扰办法及传达途径
电磁搅扰按搅扰来历可分为天然打扰源和人为打扰源,两种办法的电磁搅扰都是影响电子设备电磁兼容性的首要要素。一起搞清电磁搅扰的动力和传达途径是电子设备电磁兼容性规划的一项首要研讨内容。
3.1 内部搅扰
内部搅扰是指电子设备内部各元器材之间的彼此搅扰,首要包含以下几种状况:
1)作业电源经过线路的分布电容和绝缘电阻发生漏电形成的搅扰;
2)信号经过地线、电源和传输导线的阻抗彼此耦合或导线之间的互感形成的搅扰;
3)设备或体系内部某些元件发热,影响元器材自身或许其它元器材的稳定性形成的搅扰;
4)大功率和高电压部件发生的磁场、电场经过耦合影响其它部件形成的搅扰。
3.2 外部搅扰
外部搅扰是指电子设备或体系以外的要素对线路、设备或体系发生的搅扰,首要包含以下几种状况:
1)外部高电压和电源经过绝缘漏电对线路、设备或体系发生的搅扰;
2)外部大功率设备在空间发生很强的磁场,经过彼此耦合对电子线路、设备或体系发生的搅扰;
3)外部空间电磁波对电子线路、设备或体系发生的搅扰;
4)作业环境温度不稳定,引起电子线路、设备或体系内部元器材参数改动形成的搅扰;
5)由工业电网供电的设备和由电网电压经过电源变压器发生的搅扰。
3.3 电磁搅扰的传达途径
1)沿电源线或信号线传输的电磁打扰称为传导搅扰。电子体系内各设备之间或电子设备内各单元之间存在各种连线。如电源线、信号互连线及共用地线等,这样就有可能使一个设备(或单元电路)的电磁能量沿着这类导线传输到毗连设备或单元电路,形成搅扰;
2)辐射搅扰是指经过空间传达的电磁打扰。打扰源的周围空间可区分两个区域:紧靠打扰源的区域称作近场区或感应场区;间隔大于λ/(2π)的区域称作远场区或辐射场区。
4 电磁兼容性规划
搅扰源、耦合途径和感受器(灵敏设备)构成了电磁搅扰的三要素,三者缺一不可。电子设备电磁兼容性规划的意图是使电子设备既能按捺各类外来的搅扰,使电子设备在特定的电磁环境中可以正常作业,一起又能削减电子设备自身对其它电子设备的电磁搅扰。电磁兼容性规划内容包含:约束搅扰源的电磁发射、操控电磁搅扰的传达及增强灵敏设备的抗搅扰才能。
4.1 PCB规划
PCB是电子设备的柱石,PCB的电磁兼容规划是设备电磁兼容规划的柱石。PCB规划时,首要是在按捺传导和辐射两方面采纳办法,减轻电磁打扰发生的影响。电子设备PCB的电磁兼容规划,关键在于模仿和逻辑有源器材固有的电磁灵敏特性,因为方波信号具有高阶谐波成分,因而在数字电路规划时,应在满意产品规划要求的状况下,尽量挑选低的边缘改变速度。除元器材挑选外,还要概括运用去耦%&&&&&%、铁氧体端接、线路排布、地和电源规划等有用手法,增强去耦作用,优化抗扰功能。
4.2 屏蔽规划
屏蔽便是运用屏蔽体阻挠或削减电磁能量传输的一种办法。屏蔽体是用以阻挠或减小电磁能传输而对设备进行关闭或遮盖的一种阻挡层,它可所以导电、导磁、介质的,或带有非金属吸收填料的。在设备的元器材和布局必定的前提下。屏蔽在电磁兼容性规划中就成为一项非常重要的内容。在屏蔽规划时,要点考虑以下几项办法:
1)屏蔽体资料的选取。屏蔽资料首要分为电屏蔽和磁屏蔽两种。在电磁兼容性规划时,应依据设备的详细运用环境合理的选取屏蔽资料。常用金属资料的相对电导率σr和相对磁导率ur,见表1。
2)缝隙的电磁屏蔽规划。实践证明,当缝隙的最大线形尺度等于搅扰源半波长的整数倍时,缝隙的电磁走漏最大,一般要求缝隙的最大线形尺度小于λ/100波长,至少不大于λ/IO波长。缝隙的结构示意图和等效电路如图1所示。工程规划中,为减小缝隙的长度,首要选用了以下规划:
(1)合理安置螺钉;
(2)选用导电柔性介质的屏蔽规划;
(3)增大触摸面的屏蔽规划。
表1 常用金属资料对铜的相对电导率σr和相对磁导率ur
图1 缝隙示意图及其等效电路图
3)孔洞的电磁屏蔽规划。电子设备因通风散热、调控轴、表头装置及衔接电缆等不可避免的会开制一些孔洞,电磁能量经孔洞走漏,是屏蔽体屏蔽效能下降的重要原因之一。且屏蔽作用会跟着孔洞的增大而变小,一般来说,孔洞的尺度应小于λ/50,且不得大于λ/20。
4.3 接地技能
在电子设备中,接地是按捺电磁噪声和避免搅扰的重要手法,其间包含接地址的挑选,电路组合接地的规划和按捺接地搅扰办法的运用等方面都应全面考虑。以下为减小电磁搅扰所采纳的接地技能规划:
1)削减接地址之间电位差;
2)管形接地线;
3)确保接地线的电气衔接可靠性;
4)接地办法的挑选。在电子设备中有三种根本接地办法:悬浮地、单点接地和多点接地。单点接地适用于低频,多点接地适用于高频。一般来说。频率在1MHz以下可选用单点接地办法,频率高于10MHz应选用多点接地办法,频率在1MHz~10MHz之间,可以选用混合接地。
4.4 滤波技能
滤波技能是按捺电气、电子设备传导搅扰的首要手法之一,也是进步电子设备抗传导搅扰才能的重要办法。电磁搅扰滤波器可以显著地减小传导搅扰电平,运用阻抗失配原理,使电磁搅扰信号遭到衰减。滤波器的装置对其功能影响非常大,在运用滤波器时应留意以下事项:
1)滤波器金属壳与机箱壳有必要确保杰出面触摸,并将地线界好;
2)滤波器输入线、输出线有必要拉开间隔,切忌并行,避免滤波器效能下降;
3)滤波器的衔接线以选用双绞线为佳,它可有用消除部分高频搅扰信号;
4)滤波器的装置方位应选在电源人口处,以缩短输入线在机箱内的长度,削减辐射搅扰。
4.5合理布局
合理布局包含体系内各单元之间的相对方位和电缆走线等,其根本原则是使感受器和搅扰源尽可能远离,输出与输入端口妥善分隔,高电平电缆及脉冲引线与低电平电缆别离敷设。经过合理布局能使彼此搅扰减小到最小程度而费用又不多。
5 电磁兼容性预评价及建模
5.1 电磁兼容性预评价
电磁兼容的办理和方案往往并不包含在电子设备或体系的规划中,现在比较盛行的做法便是依靠传统的规划实践,在规划完成后,支付更高的价值来处理实验中呈现的电磁搅扰问题。但跟着电磁搅扰问题的影响规模及程度的不断添加,传统的规划实践已不再总能满意电磁兼容要求,有必要采纳电磁兼容性预评价技能。
对电磁兼容预估应在设备、分体系或体系一级规划时就尽可能早的加以考虑,然后在随后的规划中不断的改善完善。电磁兼容预评价的首要意图可概括为下列的一个或几个:尽早使有问题的区域露出出来,并据此使规划从经济上更为合算;缩短设备推向市场的周期等。
5.2 电磁兼容性核算机建模
电磁兼容性是一门非常复杂的多学科穿插的新兴学科,要想对某设备或体系进行电磁兼容性预评价,有必要先将该设备或体系简化成一个比较简单的数学模型。建模办法一般首要受制于频率和被建模几何体。用核算机程序来辅佐电磁兼容性剖析,不只可以节约很多时刻,还能尽可能削减核算误差和加快核算进程。核算机建模进程首要由以下五个进程:
1)几何图形描绘的界说;
2)电气描绘的界说;
3)模型的有用性;
4)求解成果描绘的界说;
5)输出显现。
不论运用什么类型的程序,必不可少的是要将核算成果与实践丈量成果或依据工程经历得出的成果进行比较,以查看它们的一致性。
6 结语
电子设备在规划进程和实践运用及保护的各阶段,都充沛地予以考虑和施行才是有用电子设备的电磁兼容操控战略,科学而先进的电磁兼容工程办理是有用操控技能的重要组成部分。电子设备运转进程中各种搅扰是随机的,在规划之前应对其进行预评价,在规划进程中合理运用屏蔽、滤波、接地及合理布局等技能,经过科学实验查验设备的电磁兼容性,以其可以对各种搅扰进行定位消除等。