9)關鍵詞：電磁兼容；電磁干擾；設計ConceptsandDesignMethodsofElectromagneticCompatibilityYANXiu-sheng,NINGTian-fu,GUOXiang-yu,GUOYun-zhiAbstract:Electricityandmagnetismisinterrelated.Eachandeveryelectricequipmentdon′tavoidtheproblemonelectromagneticewell,itisnecessarytoresearchthetechnologyofelectromagneticcompatibility.Thethinkinganddesignmethodofelectromagnetic 9章，標志著電磁兼容性研究的開端。干擾問題由來已久，但電磁兼容這個新興的綜合性學科卻是近2電磁兼容的重要性2.1為了電子設備工作的可靠性電磁兼容性是指電子設備在電磁環境中正常工作的能力。電磁干擾是對電子設備工作性能有害的電磁變化現象。電磁干擾不僅影響電子設備的正常工2.2為了電子設備的國際接軌圍向全球地區發展，使電磁兼容性與安全性、環境適應性處于同等重要地位。92.3為了人身和某些特殊材料的安全電磁波通過與電爆裝置的控制電路感應耦合，形成的干擾電流可能引起電爆裝置的爆炸。因此GJB786中規定，電引爆器導線上的電磁干擾感應電流和用下(直接照射、電火花、靜電放電)有發生燃燒和爆炸的危險；電磁能量通過2.4為了當今和未來戰爭的需要3電磁兼容的設計思路為了提高電子設備的電磁兼容能力，必須從開始設計時就給予電磁兼容除或降低電磁干擾源的參數。94電磁兼容的具體實例4.1對電磁干擾源要有明確的認識例如，某探測設備在探測元件無輸入信號時，其放大器輸出端的干擾信該臺探測設備的驅動電源采用直流斬波式方波交流電源，驅動螺線管電臺探測設備的驅動電源采用線性純正弦波電源時，在探測元件無輸入4.2對電磁干擾可能的傳播路徑要有清楚了解在核聚變科學研究中，將巨大的微波能耦合到等離子體中去，以提高核聚變物理參數。為此，需要高能大功率發射系統。其主電源脈沖電壓達20kV，脈沖整形等一系列環節，由微機控制來實現。9再舉一例，在激光電源低功率調試中發現應交替導通的兩個逆變開關4.3對易接收電磁干擾的電磁敏感電路和器件要進行重點保護輸出端的干擾信號遠遠超過最小探測信號電壓值，致使整個設備無法正常工作。經過認真分析和實際測試，除了對電磁干擾源缺乏明確的認識和電磁干路和前級放大電路主要采取兩項電磁兼容性措施：電平電路、信號檢測電路、傳感器輸入電路和前級放大電路的接地。該探測設備的傳感器輸入電路、前級放大電路和末級放大電路的接地應大信號電路的地線電流對小信號電路產生干擾。注意屏蔽的完整性和良好的接地措施。它是利用屏蔽體在高頻磁場的作用下產生反方向的渦流磁場與原磁場抵消而削體不完整，將導致電磁場泄漏。95電磁兼容的設計方法5.1對電磁干擾源的設計方法電磁干擾源的種類相當繁多，比如，自然的電磁干擾源包括：地球表面工作時產生的諧波，高頻振蕩器和無線電發送設備的電磁輻射，汽車點火系統，無處不在，下面僅討論與我們相關的主要電磁干擾源。5.1.1供電電源供電電源，常由于負載的通斷過渡過程、半導體元器件的非線性，脈沖設備及雷電的耦合等因素，而成為電磁干擾源。供電電源電磁兼容的設計方法為1)采用交流電源濾波器由于交流電源濾波器是低通濾波器，不妨礙工頻電能的通過，而對高頻2)交流電源變壓器加靜電屏蔽性好的材料，且首尾端不可閉合，以免造成短路。對脈沖電壓的電磁干擾可以采用壓敏電阻、固體放電管或瞬態電壓抑制9壓敏電阻或固體放電管可應用于直流或交流電路。單向瞬態電壓抑制二保證設備的安全；其通流能力應大于脈沖電壓所產生的電流。4)直流電源的電磁兼容措施——直流退耦即在直流電源和地之間并聯2個電容，大電容(10~100μF)濾掉低頻干擾，小電容(0.01~0.22μF)濾掉高頻干擾。5)電源的其它電磁兼容措施——采用UPS(不間斷電源)供電；暫態過程是由于電路機械觸點的分合，負載的通斷和電路的快速切換等導致電路電壓或電流發生快速變化，而成為電磁干擾源。暫態過程的電磁兼容設計方法為1)電路機械觸點的熄火花電路電路機械觸點的熄火花電路由電阻(R)和電容(C)串聯組成。其原理是用電容轉換觸點分斷時負載電感(L)上的能量，從而避免在觸點上產生過電壓和電弧造成的電磁干擾，最終由電阻吸收這部分能量。1C=(I/300)2L(μF)2m L為負載電感(μH)；I為負載電感中的最大電流(A)；m122)電感負載的續流電路和吸收電路直流電路電感負載的續流電路是用二極管反并聯在電感負載上。當切斷FNV>2V(5)RRMNFV為二極管反向重復峰值電壓；RRMNV感負載的額定電壓。N效果會更好。因為壓敏電阻吸收能量更3)電容負載的限流電路(t)將開關閉合，切除限流電阻。9NN NN4)電路快速切換的電磁兼容措施電路快速切換(包括晶閘管換流、直流斬波、二極管關斷時的電荷存儲效應等)將導致電壓或電流的快速變化，而成為電磁干擾源。對此可采用如下電磁兼容措施——用電感電容諧振電路代替直流斬波，以降低電流變化率或電壓變化電磁輻射包括電子設備內部和外部兩種電磁輻射源。其實任一電流的周圍都存在磁場，而變化的磁場會產生變化的電場，這種電磁場就是電磁干擾源。路和器件，路和器件。對電磁輻射的電磁兼容設計是，采用電磁屏蔽的方法，即用屏蔽材料將電磁輻射源封閉起來，使其外部電磁場強低于允許值。10rrrrr9rf為電磁波頻率(Hz)；D為輻射源到屏蔽體的距離(m)。而言10rr二是吸收，進入金屬屏蔽內的電磁波在金屬屏蔽內傳播時，由于衰減而rr式中：d為屏蔽材料厚度(mm)。蔽體的厚度不必過大，而以結構強度為主要考慮因素。是利用屏蔽體在高頻磁場的作用下產生反方向的渦流磁場與原磁場抵消而削弱以趨膚深度和結構強度為主要考慮因素。應當特別注意電磁屏蔽的完整性，特別是電磁場屏蔽，因為它是利用屏蔽體在高頻磁場的作用下產生反方向的渦流磁場與原磁場抵消而削弱高頻磁場5.1.4雷電雷電是帶電云對地或帶電云之間的放電現象。帶電云對地放電為直接雷和非常短的持續時間，因此雷電是非常強的干擾源。雷電的電磁兼容的設計方法是9，以保護電子設備。5.1.5靜電當不同介質的材料相互摩擦時，會發生電荷轉移而產生靜電。當然靜電防靜電的電磁兼容的設計方法是用防靜電地板和靜電消除器等等。——采用靜電屏蔽和接地措施，將靜電產生的電荷引走。——采用耐靜電電壓值高的器件。——采用靜電保護措施，例如增加串聯電阻以降低靜電放電電流，增加5.1.6無線電發射源無線電發射機的頻率范圍為103~1012Hz。擾源。對無線電發射源的電磁兼容的設計方法是——嚴格控制無線電發射的方位角度，以減少無線電發射源干擾的空間9——采用完整的電磁屏蔽和可靠的接地措施，以減少無線電發射源的泄5.2對電磁干擾可能傳播的路徑的設計方法當兩個電路存在公共阻抗時，一個電路的電參數通過公共阻抗對另一個1)對共電源內阻產生的電磁干擾，可以用不同的電源分別供電的方法，——限制電阻的方法增大共回路導線的截面、減小共回路導線的長度和種類和作用9此外，還有一種浮地式，即該電路的地與大地無導體連接。其優點是該——對接地電阻的要求過電壓的影響，而且使操作人員受到電擊傷害的威脅。因此，一般要求接地電阻小于4Ω。接地電阻由接地線電阻、接觸電阻和地電阻組成。為此降低接地電阻的二是降低接觸電阻，為此要將接地線與接地螺栓和接地極作緊密又牢靠三是降低地電阻，為此要增加接地極的表面積和增加土壤的電導率(如入鹽水)。地單點接地式。)。地線的長度(L/m)與截面積(S/mm2)的關系為S>0.83L(11)9——屏蔽地4)電位隔離地擾。點通斷時的彈跳和干擾以及接觸電阻等。發射和光敏半導體(光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光敏晶閘管等)的光——浮地浮地可使功率地(強電地)和信號地(弱電地)之間的隔離電9112個導體具有相同地電位，通過兩個導體之間的電容，在另一個導體上將產生干擾2212121圖1電容性耦合的等值電路圖在上述分析中，兩導線間的有效耦合長度應遠小于信號波長(一般為1)盡可能減小干擾源U的幅值和干擾源的變化速度ω。112123)耦合電容設計得盡可能小4)屏蔽屏蔽的目的切斷干擾源和被干擾對象之間的電力線，以免除電容性耦合項；——要有良好的屏蔽接地，否則屏蔽的效果降低。當導線的長度小于工5)平衡平衡的目的當干擾源和被干擾對象的基準電位是互相獨立時，可以采用干擾對象的導線交叉對稱。92211)盡可能減小干擾源電流i的變化速度。1M此3)屏蔽屏蔽的目的切斷干擾源和被干擾對象之間的磁力線，以免除電感性耦合屏蔽的方法采用鐵磁性導體的靜態磁屏蔽，采用良導體感應渦流的動態——鐵磁性導體的靜態磁屏蔽適用于低頻磁場。屏蔽的效果與屏蔽材料的相對磁導率μ、厚度d、幾何形狀以及磁場方向有關。例如橫向磁場中的圓ssr(16)材料的性質，幾何形狀，屏蔽的密閉程度以及磁場的頻率有關。屏蔽系數a可d用式(17)進行近似計算dok(17)o9k面積的比例有關。4)平衡方法，可以減小或免除電感性耦合的電磁干擾。——磁場去耦即使被干擾回路耦合的干擾源磁場最少。例如安排兩個回——磁場抵消因為干擾磁場引起的感應電流在相鄰絞線回路的同一根導場抵消效果越好。幅射性耦合是電磁場通過空間耦合到被干擾對象的。如被干擾對象是兩根導線，它就是接收電場的天線。天線的等值電路圖見圖3。圖3天線的等值電路圖等值電壓源U(即接收的干擾電壓)為U=Eh(18)UU=BdS/dt(20)耦合的電磁兼容設計方法是1)采用空間分離的方法即把相互容易干擾的設備和導線盡量安排得遠一低。2)采用時間分離的方法即使產生輻射的設備和易接收輻射的設備在不同3)采用頻率分離的方法即使產生輻射的設備和易接收輻射的設備的工作量。5)減小天線有效高度。6)減少環線面積。5.3對易接收電磁干擾的電磁敏感電路和器件的設計方法通常用敏感度來描述敏感設備對電磁干擾響應的程度。敏感度越高，表數字電路組成。5.3.1模擬電路模擬電路的電磁兼容設計方法是例如，設計低噪聲電路，減少帶寬，抑制干擾傳輸；平衡輸入，抑制干擾；選用高質量電源等。2)采用如下幾種信號濾波器——低通濾波器9當干擾信號的頻帶高于有用信號的頻帶比較遠時，可采用低通濾波器來LLLLf為信號的頻率(Hz)；R為濾波器的電阻(Ω)；R為負載的電阻(Ω)；LC為濾波器的電容(F)。高通濾波器有用信號的頻帶比較遠時，可采用高通濾波器來GG f為信號的頻率(Hz)；R為濾波器的電阻(Ω)；C為濾波器的電容(F)。YLYL(22)f為信號的頻率(Hz)；9R為負載的電阻(Ω)；LC為濾波器的電容(F)；——選通濾波器5.