第一篇：變電站電磁干擾及電磁兼容論文(整理版)

變電站綜合自動化結(jié)課論文

班級：電自100 班

姓名：

學(xué)號：20100100

變電站的電磁干擾及電磁兼容

引言

電力系統(tǒng)作為一個強(qiáng)大的電磁干擾源，在運(yùn)行時(shí)會產(chǎn)生各種電磁干擾。各種以微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的二次設(shè)備（例如繼電保護(hù)、遠(yuǎn)動、通信設(shè)備等）是干擾的敏感者，極易受到干擾影響而出現(xiàn)誤動、程序運(yùn)行異常等非正常工作狀態(tài)，甚至造成元器件或者設(shè)備的損壞。隨著智能電子設(shè)備、就地化智能終端和保護(hù)、高頻率低電壓微處理器、非常規(guī)互感器等新技術(shù)的采用，電力系統(tǒng)二次設(shè)備的抗干擾性能將面臨更大的挑戰(zhàn)。

變電站綜合自動化系統(tǒng)，是利用多臺微機(jī)和大規(guī)模集成電路組成的自動化系統(tǒng)，代表常規(guī)的測量和監(jiān)視儀表，代替常規(guī)控制屏、中央信號系統(tǒng)和遠(yuǎn)動屏，用微機(jī)保護(hù)代替常規(guī)的繼電保護(hù)屏，改變常規(guī)的繼電保護(hù)裝置不能與外界通信的缺陷。因此，變電站綜合自動化是自動化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)等高科技在變電站領(lǐng)域的綜合應(yīng)用。變電站綜合自動化系統(tǒng)具有功能綜合化、結(jié)構(gòu)微機(jī)化、操作監(jiān)視屏幕化、運(yùn)行管理智能化等特征。

變電站在電力系統(tǒng)中，是一次設(shè)備和二次設(shè)備最集中的場所。系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化、開關(guān)的動作、雷電流的出現(xiàn)以及二次回路電纜間的電磁耦合都會對二次回路產(chǎn)生干擾。因此，變電站是電力系統(tǒng)電磁干擾和電磁兼容性問題的主要研究對象。

本文將從電磁干擾源、電磁干擾危害以及防電磁干擾的措施三個方面對變電站電磁兼容問題做一定的闡述。

一、電磁干擾源分析

變電站綜合自動化系統(tǒng)的電磁干擾源有外部干擾和內(nèi)部干擾兩方面。內(nèi)部干擾是由自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、元件布置和生產(chǎn)工藝等決定。外部干擾源主要有交、直流回路開關(guān)操作、擾動性負(fù)荷(非線性負(fù)荷、波動性負(fù)荷)短路故障、大氣過壓(雷電)、靜電、無線電干擾和和電磁脈沖等。

變電站中一次回路的任何暫態(tài)過程都會通過不同的耦合途徑傳入二次回路形成電磁干擾，二次回路本身也會產(chǎn)生干擾。二次回路中的設(shè)備主要包括繼電保護(hù)、控制、信號、通信和監(jiān)測等儀器儀表。它們都屬于弱電裝置，耐壓能力與抗干擾能力較弱。因此，不加防范就會干擾二次設(shè)備的正常工作，嚴(yán)重時(shí)會造成二次設(shè)備絕緣擊穿損壞，形成永久性故障。下面主要論述變電站中的電磁干擾源及其特性。

1、諧波的干擾

電力系統(tǒng)是由電感、電阻和電容組成的網(wǎng)絡(luò)，在一定的參數(shù)配合下可能對某些頻率產(chǎn)生諧振，,出現(xiàn)過電壓和過電流。由于變壓器鐵芯的非線性，高次諧波電流會使電源電壓波形畸變，電源的高次諧波電壓通過電容耦合，會在二次設(shè)備上產(chǎn)生高次諧波感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流。當(dāng)此電壓和電流值超過某一數(shù)值時(shí)，就會造成二次設(shè)備誤動或毀壞。

2、開關(guān)量操作引起的干擾

開關(guān)操作引起的干擾是變電站微機(jī)綜合自動化系統(tǒng)所受到的最主要的電磁干擾。當(dāng)線路或變壓器發(fā)生短路故障時(shí)，開關(guān)(斷路器)要做出跳閘動作。此時(shí)，在開關(guān)動、靜觸頭間將發(fā)生開斷、電弧重燃的反復(fù)過程。在此過程中將感應(yīng)出很高的脈沖電壓和高頻振蕩電流。當(dāng)振蕩電流和脈沖電壓與微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中要處理的開關(guān)量和脈沖量同頻段時(shí)，將使監(jiān)控和保護(hù)等二次系統(tǒng)受到影響，尤其對高速運(yùn)行和傳遞數(shù)字邏輯信號的微機(jī)、計(jì)算機(jī)干擾更為嚴(yán)重。

3、雷擊干擾

當(dāng)雷電擊中變電站后，大電流將經(jīng)由接地點(diǎn)泄入地網(wǎng)，使接地點(diǎn)電位大大升高。若二次回路接地點(diǎn)靠近雷擊大電流的入地點(diǎn)，則二次回路接地點(diǎn)的電位將隨之升高，會在二次回路中形成共模干擾，形成過電壓，嚴(yán)重時(shí)會造成二次設(shè)備絕緣擊穿。對于二次電纜來說，由于電纜外皮兩端與接地網(wǎng)相連，當(dāng)有雷電流流過地網(wǎng)時(shí)。會在電纜兩端產(chǎn)生電位差，電流將流過二次電纜的外皮，在二次電纜的芯線上感應(yīng)出感應(yīng)電勢，疊加在信號上造成干擾。綜合自動化變電站中有大量的數(shù)字集成電路裝置，如遠(yuǎn)動RTU裝置、微機(jī)保護(hù)裝置和微機(jī)故障錄波裝置等。這些裝置的電源工作電壓一般為5 V，對雷擊干擾尤為敏感。如RTU裝置，它是由微機(jī)處理器和計(jì)算機(jī)接口電路等構(gòu)成，當(dāng)雷電流通過電力電纜、戶外二次電纜、交流工作電源等進(jìn)入RTU主機(jī)時(shí)，會在RTU的外殼與大地之間產(chǎn)生一個瞬時(shí)達(dá)到幾kV的高電壓，該高電壓將直接危害著RTU裝置的運(yùn)行安全，甚至?xí)?dǎo)致設(shè)備損壞。

4、二次回路自身干擾

二次回路自身的干擾主要是通過電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的。到目前為止，我國變電站綜合自動化設(shè)備的數(shù)字集成電路裝置，很多是采用單片機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，單片機(jī)系統(tǒng)中的印刷電路板(PCB)上的器件均是由直流電源供電。而直流回路中有許多大電感線圈，在直流回路進(jìn)行開關(guān)操作時(shí)，線圈兩端將出現(xiàn)過電壓，它會在二次回路設(shè)備上感應(yīng)出不利于二次設(shè)備正常工作的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流，對PCB上的器件造成干擾，從而干擾單片機(jī)系統(tǒng)的正常工作。

二、電磁干擾可能產(chǎn)生的后果

電磁干擾間可以順利通過各種分布電容或分布電感耦合到變電站綜合自動化系統(tǒng)中，一旦干擾侵入自動化系統(tǒng)內(nèi)，便將對系統(tǒng)的正常工作造成嚴(yán)重影響，其干擾的后果各式各樣，歸納起來有以下幾類：

(1)電源回路干擾。使計(jì)算機(jī)電源受干擾，造成計(jì)算機(jī)工作不穩(wěn)定，甚至死機(jī)。

(2)模擬量輸入、輸出通道干擾后果。從TA(小電流互感器)或TV(小電壓互感器)的二次引線引入浪涌電壓，造成采樣數(shù)據(jù)錯誤，輕則影響采樣精度和計(jì)量的準(zhǔn)確度；重則可能引起微機(jī)保護(hù)誤動，甚至可能損壞元器件。

(3)開關(guān)量輸入、輸出通道干擾的后果。變電站現(xiàn)場斷路器、隔離開關(guān)的輔助觸點(diǎn)通過長線至開關(guān)量輸入回路，其受干擾會產(chǎn)生輔助觸點(diǎn)抖動，甚至造成分、合位置判斷錯誤。開關(guān)量的輸出通道由計(jì)算機(jī)的輸出至斷路器的跳、合閘的出口回路。除了易受外界引入的浪涌電壓干擾外，自動裝置內(nèi)部，微計(jì)算機(jī)上電過程也容易有干擾信號，導(dǎo)致誤動。

(4)CPU和數(shù)字電路受干擾的后果。當(dāng)CPU正通過地址線送出一個地址信號時(shí)，若地址線受干擾，使傳送的地址錯誤，導(dǎo)致取錯指令、操作碼或取錯數(shù)據(jù)，結(jié)果有可能誤判斷或誤發(fā)命令，也可能取到CPU不認(rèn)識的指令操作碼而停止工作或進(jìn)入死循環(huán)；如果CPU在傳送數(shù)據(jù)過程中，數(shù)據(jù)線受干擾，則造成數(shù)據(jù)錯誤，邏輯紊亂，對于微機(jī)保護(hù)裝置來說也可能引起誤動或拒動，或引起死機(jī)。計(jì)算機(jī)的隨機(jī)RAM是存放中間計(jì)算結(jié)果、輸入輸出數(shù)據(jù)和重要標(biāo)志的地方，在強(qiáng)電磁干擾下，可能引起RAM中部分區(qū)域的數(shù)據(jù)或標(biāo)志出錯。所引起的后果如數(shù)據(jù)線受干擾一樣，也是很嚴(yán)重的。大部分自控裝置的程序和各種定值存放在EPROM或電子盤中，如果EPROM受干擾而程序或定值道破壞，將導(dǎo)致相應(yīng)的自動裝置無法工作。

三、變電站的電磁兼容技術(shù)措施

對于變電站綜合自動化系統(tǒng)來說，消除或抑制干擾應(yīng)針對電磁干擾的三要素進(jìn)行，即消除或抑制干擾源；切斷電磁耦合途徑；降低裝置本身對電磁干擾的敏感度。針對綜合自動化系統(tǒng)在多個變電站的實(shí)際運(yùn)行情況，下面介紹幾種電磁兼容技術(shù)措施：

(1)擬制干擾源的影響。外部干擾源往往是通過連接導(dǎo)線端子串入自動化系統(tǒng)的，可采用屏蔽措施，具體的有一次設(shè)備與自動化系統(tǒng)輸入、輸出的連接采用帶有金屬外皮(屏蔽層)的控制電纜，電纜的屏蔽層兩端接地，對電場耦合和電磁耦合都有顯著的削弱作用；二次設(shè)備內(nèi)，綜合自動化系統(tǒng)中的測量和微機(jī)保護(hù)或自控裝置所采用的各類中間互感器的一、二次繞組之間加設(shè)屏蔽層，這樣可起電場屏蔽作用，防止高頻干擾信號通過分布電容進(jìn)入自動化系統(tǒng)的相應(yīng)部件；機(jī)箱或機(jī)柜的輸入端子上對地接一耐高壓的小電容，可抑制外部高頻干擾；變電站綜合自動化系統(tǒng)的機(jī)柜和機(jī)箱采用鐵質(zhì)材料，使其本身也是一種屏蔽。

(2)接地和減少共阻抗耦合。接地是變電站綜合自動化系統(tǒng)電磁兼容的重要形式措施之一。該系統(tǒng)的地線種類有微機(jī)電源地和數(shù)字地、模擬地、信號地、噪聲地、屏蔽地等五種地線。正確的工作接地，對系統(tǒng)的安全可靠工作來說關(guān)系重大，而且必須根據(jù)實(shí)際情況靈活處理。

① 微機(jī)電源采取浮地方法即其零線不與機(jī)殼相連。這是目前變電站綜合自動化系統(tǒng)和各種微機(jī)自動裝置或微機(jī)保護(hù)裝置經(jīng)常采用的方法。這種方法必須盡量減少電源線同機(jī)殼之間的分布電容。

② 微機(jī)電源地與機(jī)殼共地。由于“浮地”或不良接地不僅破壞了接地系統(tǒng)的完整性，而且可能成為一個干擾分配系統(tǒng)。因此，對含有模／數(shù)轉(zhuǎn)換和高增益放大器的微機(jī)裝置，宜采用微機(jī)電源地與機(jī)殼和大地共地的接線方式。這種共地方式可切除放大器正反饋通道，并可消除通過分布電容間導(dǎo)線耦合的低頻干擾的影響。③ 一點(diǎn)接地。變電站綜合自動化系統(tǒng)屬于低頻系統(tǒng)，且其各個子系統(tǒng)都由多塊插件組成，應(yīng)盡量采用一點(diǎn)接地的原則。因?yàn)樵诘皖l的布線和元件問的電感并不是什么大問題，主要是避免接地電路形成環(huán)路，避免地線形成環(huán)流。

④ 數(shù)字地和模擬地的處理。A／D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字地通常和電源地是共地連接的，由于數(shù)字地上電平的跳躍會造成很大的尖峰干擾，會影響A／D轉(zhuǎn)換器的模擬地電平的波動，影響轉(zhuǎn)換結(jié)果的精度。為此常采用模擬地和信號地連在一起浮空而不與數(shù)字地連在一起或采取數(shù)字地和模擬地共地或模擬地和數(shù)字地通過一對反相二極管相連接。

⑤ 噪聲地的處理。對于繼電器或電動機(jī)等回路的噪聲地，采取獨(dú)立地的方式，不要與模擬地和數(shù)字地合在一起。

(3)電站綜合自動化系統(tǒng)中，采取良好的隔離可以減少于擾傳導(dǎo)侵入。行之有效的隔離措施有以下幾種：

① 模擬量的隔離。變電站的監(jiān)控系統(tǒng)、微機(jī)保護(hù)裝置以及其他自動裝置所采集的模擬量處于強(qiáng)電回路中，必須經(jīng)過設(shè)置在自動化系統(tǒng)各種交流輸入回路中的隔離變壓器TA、TV隔離，這些隔離變壓器一、二次之間必須有屏蔽層，而且屏蔽層必須接安全地，才能起到比較好的屏蔽效果。② 開關(guān)量輸入、輸出的隔離。變電站綜合自動化系統(tǒng)開關(guān)量的輸入，主要是斷路器、隔離開關(guān)的輔助觸點(diǎn)和主變壓器分頭位置等。開關(guān)量的輸出，大多數(shù)也是對斷路器、隔離開關(guān)和主變壓器分接開關(guān)的控制。這些斷路器和隔離開關(guān)都處于強(qiáng)電回路中，如果與自動化系統(tǒng)直接連接，必然會引入強(qiáng)的電磁干擾。因此，要通過光電耦合器隔離或繼電器觸點(diǎn)隔離，這樣會取得比較好的效果。

③ 強(qiáng)、弱信號電纜的隔離。強(qiáng)、弱信號不應(yīng)使用同一根電纜；信號電纜應(yīng)盡可能避開電力電纜；盡量增大與電力電纜的距離，并盡量減少其平行長度。

④ 二次設(shè)備配線時(shí)，應(yīng)注意避免各回路的相互感應(yīng)印刷電路板上的布線要注意避免互感。

第二篇：電磁兼容論文

本學(xué)期，我選修了電磁兼容這門課程。通過電磁兼容課程的學(xué)習(xí)，老師教會了我許多，一方面是有關(guān)電磁兼容方面的知識，另一方面是有關(guān)生活和人生方面的體會和感悟。由于與電機(jī)系統(tǒng)的電磁兼容有關(guān)的問題大都涉及一些高年級的知識，作為大二的我還沒有學(xué)習(xí)，所以對于電機(jī)系統(tǒng)的電磁兼容問題沒有過于深刻的理解和探究。我想通過以下幾個方面來闡述我所理解的電磁兼容問題。

一．電磁兼容的概念

在國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)IEC對電磁兼容的定義為：系統(tǒng)或設(shè)備在所處的電磁環(huán)境中能正常工作，同時(shí)不會對其他系統(tǒng)和設(shè)備造成干擾。

EMC包括EMI（電磁干擾）及EMS（電磁耐受性）兩部分，所謂EMI電磁干擾，乃為機(jī)器本身在執(zhí)行應(yīng)有功能的過程中所產(chǎn)生不利于其它系統(tǒng)的電磁噪聲；而EMS乃指機(jī)器在執(zhí)行應(yīng)有功能的過程中不受周圍電磁環(huán)境影響的能力。

電磁兼容（electromagnetic compatibility）各種電氣或電子設(shè)備在電磁環(huán)境復(fù)雜的共同空間中，以規(guī)定的安全系數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求的正常工作能力。也稱電磁兼容性。它的含義包括：①電子系統(tǒng)或設(shè)備之間在電磁環(huán)境中的相互兼顧；②電子系統(tǒng)或設(shè)備在自然界電磁環(huán)境中能按照設(shè)計(jì)要求正常工作。若再擴(kuò)展到電磁場對生態(tài)環(huán)境的影響，則又可把電磁兼容學(xué)科內(nèi)容稱作環(huán)境電磁學(xué)。

電磁兼容的研究是隨著電子技術(shù)逐步向高頻、高速、高精度、高可靠性、高靈敏度、高密度（小型化、大規(guī)模集成化），大功率、小信號運(yùn)用、復(fù)雜化等方面的需要而逐步發(fā)展的。特別是在人造地球衛(wèi)星、導(dǎo)彈、計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備和潛艇中大量采用現(xiàn)代電子技術(shù)后，使電磁兼容問題更加突出。

二．系統(tǒng)電磁兼容技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

電磁兼容技術(shù)是在研究電磁干擾機(jī)理和電磁干擾防護(hù)技術(shù)的過程中發(fā)展起來的。電磁干擾是人們早就發(fā)現(xiàn)的電磁現(xiàn)象, 它幾乎和電磁效應(yīng)現(xiàn)象同時(shí)被發(fā)現(xiàn), 1881年英國科學(xué)家發(fā)表“ 論無線電干擾”的文章, 標(biāo)志著研究干擾問題的開始。1888年德國物理學(xué)家赫茲首創(chuàng)了天線, 第一次把電磁波輻射到自由空間, 同時(shí)成功地接收到電磁波,用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在, 從此開始了對電磁干擾問題的實(shí)驗(yàn)研究。1889年英國郵電部門研究了通信中的干擾問題, 使干擾問題的研究開始走向工程化和產(chǎn)業(yè)化。

按照研究對象的不同,可將電磁兼容問題自上向下劃分為如下6 個層次:環(huán)境級電磁兼容問題、系統(tǒng)級電磁兼容問題、分系統(tǒng)級電磁兼容問題、設(shè)備級電磁兼容問題、電路級電磁兼容問題和器件級電磁兼容問題等。

系統(tǒng)電磁兼容技術(shù)在軍事裝備領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用,它不僅是武器裝備的一種性能,更是武器裝備的一種能力。系統(tǒng)電磁兼容問題是大型復(fù)雜系統(tǒng)全壽命周期中必須面對的客觀問題。如果解決不當(dāng),其不僅帶來大量研制經(jīng)費(fèi)的浪費(fèi),同時(shí)還將導(dǎo)致系統(tǒng)從根本上喪失使用能力。

系統(tǒng)電磁兼容技術(shù)主要包括:系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計(jì)技術(shù)和系統(tǒng)電磁兼容試驗(yàn)技術(shù)。設(shè)計(jì)技術(shù)包括:電磁兼容仿真、分析、預(yù)測、評估、優(yōu)化、設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)方法、工程控制等技術(shù)和過程;試驗(yàn)技術(shù)包括:試驗(yàn)規(guī)范制定、標(biāo)準(zhǔn)制定、項(xiàng)目選擇、實(shí)施方法、場地建設(shè)、誤差處理等技術(shù)和過程。

三．電磁干擾的危害

強(qiáng)的電磁場會對人們的健康帶來一定的危害。多年來各國學(xué)者對此進(jìn)行了長期、深入、艱苦的研究工作。研究的結(jié)論是，無論工頻還是射頻電磁場，當(dāng)超過一定強(qiáng)度時(shí)，對人體健康都是有害的。關(guān)鍵是危害的性質(zhì)、程度與后果對電磁場強(qiáng)之間的關(guān)系。

相對較弱的電磁干擾對設(shè)備或系統(tǒng)造成的惡性電磁干擾事故是觸目驚心的?？膳e出20 世紀(jì)70 年代的兩個例子：美國一煉鋼廠曾經(jīng)因?yàn)榭刂铺燔嚨碾娐繁桓蓴_而造成整個鋼水包的鋼水完全傾倒在車間地面上的事故；一個配載假肢的騎摩托車人，當(dāng)行車至高壓電力線下時(shí)，由于假肢的控制電路受到干擾而造成車毀人亡的事故。

圖 1 示出了殘疾人用的電動輪椅在未采取抗干擾措施之前暴露于20V/m 電場強(qiáng)度下，其工作出現(xiàn)的反?，F(xiàn)象。測試時(shí)輪椅工作在常用狀態(tài)（30r/min）。由圖可見，當(dāng)加以不同頻率的電磁輻射時(shí)，其工作失控，轉(zhuǎn)速在 0～100r/min 之間變化，干擾頻率從100MHz～700MHz。我們知道，這些頻率被電視廣播、調(diào)頻廣播以及移動通信所占用。

還有許多情況，電磁干擾造成的事故也可能是惡性的。例如：電磁輻射可能干擾電爆裝置，使其誤引爆。美國土星火箭上大約使用了150個電爆裝置；一架飛機(jī)使用的電爆裝置也在百個以上；航天飛機(jī)上大約有500個電爆裝置?？梢娺@一問題的嚴(yán)重性。

我們都知道，在民用飛機(jī)座艙內(nèi)不允許使用移動通信手機(jī)或游戲機(jī)之類的數(shù)字型電器。這是由于這些設(shè)備產(chǎn)生的電磁騷擾不僅可以通過機(jī)內(nèi)電纜耦合到機(jī)的敏感設(shè)備上，更嚴(yán)重的是，電磁輻射騷擾可能通過機(jī)艙窗戶向機(jī)外輻射。而在機(jī)身上存在有大量的天線與傳感器，可能直接接收電磁騷擾輻射。

四．生活中的電磁兼容

電磁兼容是指器件在工作的過程中即不干擾其它電器，同時(shí)也不被其它電器所干擾。有電磁兼容問題意味著有電磁之間的相互干擾問題。機(jī)電一體化的大時(shí)代背景下，每一個電器元件的核心都是電路板，也就是PCB板。電路板的板間是存在干擾的。在設(shè)計(jì)板子的過程中應(yīng)該考慮到這個問題，一般板子不能太大，其頻率也不能太高，頻率如果過高就不能將電氣元件當(dāng)成理想的集總電氣元件使用，要考慮它在高頻條件下的性質(zhì)。比如是電腦一般都是有兩個頻率的。這些都是與電磁干擾相關(guān)聯(lián)的考慮。

另一個與生活息息相關(guān)的東西就是手機(jī)。手機(jī)實(shí)際上是“蜂窩”電話。接收手機(jī)信號的是分布在各處的手機(jī)機(jī)站，手機(jī)發(fā)出的信號會通過附近的機(jī)站被發(fā)送出去。當(dāng)我們在長途行駛的車上打電話時(shí)，偶爾會出現(xiàn)掉線的情況。這實(shí)際是我們在車輛行駛的過程中離一個正在通信著的機(jī)站越來越遠(yuǎn)，而距離另外一個機(jī)站越來越近，這時(shí)我們的手機(jī)就會選擇切換機(jī)站。如果我們手機(jī)從一個機(jī)站脫離，而另一個機(jī)站滿負(fù)荷而無法接入，就會出現(xiàn)掉線的情況。在我們的生活中，我們還會遇到許多相類似的問題。我們通常都習(xí)以為常。但其實(shí)只要我們仔細(xì)的思考，我們就會發(fā)現(xiàn)電磁干擾和電磁兼容在我們的生活中處處存在。

五．解決電磁兼容的實(shí)施辦法

電磁兼容的實(shí)施性方法包含了組織措施與技術(shù)措施兩個方面。

技術(shù)上有合適的接地，合理的布線，屏蔽。濾波，電氣隔離，限幅，續(xù)流，計(jì)算機(jī)軟硬件措施等。組織上有具有一定電磁兼容能力的元器件，標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，頻譜管理，空間分離，時(shí)間分隔等。

接地

接地是電子設(shè)備的一個很重要問題。接地目的有三個：

（1）接地使整個電路系統(tǒng)中的所有單元電路都有一個公共的參考零電位，保證電路系統(tǒng)能穩(wěn)定地干作。

（2）防止外界電磁場的干擾。機(jī)殼接地可以使得由于靜電感應(yīng)而積累在機(jī)殼上的大量電荷通過大地泄放，否則這些電荷形成的高壓可能引起設(shè)備內(nèi)部的火花放電而造成干擾。另外，對于電路的屏蔽體，若選擇合適的接地，也可獲得良好的屏蔽效果。

（3）保證安全工作。當(dāng)發(fā)生直接雷電的電磁感應(yīng)時(shí)，可避免電子設(shè)備的毀壞；當(dāng)工頻交流電源的輸入電壓因絕緣不良或其它原因直接與機(jī)殼相通時(shí)，可避免操作人員的觸電事故發(fā)生。此外，很多醫(yī)療設(shè)備都與病人的人體直接相連，當(dāng)機(jī)殼帶有110V或220V電壓時(shí)，將發(fā)生致命危險(xiǎn)。

因此，接地是抑制噪聲防止干擾的主要方法。接地可以理解為一個等電位點(diǎn)或等電位面，是電路或系統(tǒng)的基準(zhǔn)電位，但不一定為大地電位。為了防止雷擊可能造成的損壞和工作人員的人身安全，電子設(shè)備的機(jī)殼和機(jī)房的金屬構(gòu)件等，必須與大地相連接，而且接地電阻一般要很小，不能超過規(guī)定值。

電路的接地方式基本上有三類，即單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和混合接地。單點(diǎn)接地是指在一個線路中，只有一個物理點(diǎn)被定義為接地參考點(diǎn)。其它各個需要接地的點(diǎn)都直接接到這一點(diǎn)上。多點(diǎn)接地是指某一個系統(tǒng)中各個接地點(diǎn)都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引線的長度最短。接地平面，可以是設(shè)備的底板，也可以是貫通整個系統(tǒng)的地導(dǎo)線，在比較大的系統(tǒng)中，還可以是設(shè)備的結(jié)構(gòu)框架等等?；旌辖拥厥菍⒛切┲恍韪哳l接地點(diǎn)，利用旁路電容和接地平面連接起來。但應(yīng)盡量防止出現(xiàn)旁路電容和引線電感構(gòu)成的諧振現(xiàn)象。

屏蔽

屏蔽就是對兩個空間區(qū)域之間進(jìn)行金屬的隔離，以控制電場、磁場和電磁波由一個區(qū)域?qū)α硪粋€區(qū)域的感應(yīng)和輻射。具體講，就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個系統(tǒng)的干擾源包圍起來，防止干擾電磁場向外擴(kuò)散；用屏蔽體將接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)包圍起來，防止它們受到外界電磁場的影響。

因?yàn)槠帘误w對來自導(dǎo)線、電纜、元部件、電路或系統(tǒng)等外部的干擾電磁波和內(nèi)部電磁波均起著吸收能量（渦流損耗）、反射能量（電磁波在屏蔽體上的界面反射）和抵消能量（電磁感應(yīng)在屏蔽層上產(chǎn)生反向電磁場，可抵消部分干擾電磁波）的作用，所以屏蔽體具有減弱干擾的功能。

屏蔽體材料選擇的原則是：

（1）當(dāng)干擾電磁場的頻率較高時(shí)，利用低電阻率的金屬材料中產(chǎn)生的渦流，形成對外來電磁波的抵消作用，從而達(dá)到屏蔽的效果。

（2）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，從而使磁力線限制在屏蔽體內(nèi)部，防止擴(kuò)散到屏蔽的空間去。

（3）在某些場合下，如果要求對高頻和低頻電磁場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。

濾波

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，因?yàn)楦蓴_頻譜成份不網(wǎng)于有用信號的頻率，濾波器對于這些與有用信號頻率不同的成份有良好的抑制能力，從而起到其它干擾抑制難以起到的作用。所以，采用濾波網(wǎng)絡(luò)無論是抑制干擾源和消除干擾耦合，或是增強(qiáng)接收設(shè)備的抗干擾能力，都是有力措施。用阻容和感容去耦網(wǎng)絡(luò)能把電路與電源隔離開，消除電路之間的耦合，并避免干擾信號進(jìn)入電路。對高頻電路可采用兩個電容器和一個電感器（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。

正確選用無源元件

實(shí)用的無源元件并不是“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干擾源，因此正確選用無源元件非常重要。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。

電路技術(shù)

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，對地或?qū)ζ渌鼘?dǎo)線都具有相同的阻抗。其目的在于使兩根導(dǎo)線所檢拾到的干擾信號相等。這時(shí)的干擾噪聲是一個共態(tài)信號，可在負(fù)載上自行消失。另外，還可采用其它一些電路技術(shù)，例如接點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，整形電路，積分電路和選通電路等等?？傊捎秒娐芳夹g(shù)也是抑制和防止干擾的重要措施。

六．結(jié)語

從電磁兼容領(lǐng)域來看，無論從理論研究、實(shí)驗(yàn)室水平、標(biāo)準(zhǔn)化工作等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，我國當(dāng)前還處在一個較低的水平。但是無論從國家安全還是保護(hù)人身安全與健康，保護(hù)環(huán)境來看，電磁兼容都起著相當(dāng)重要的作用；而且它又是一個創(chuàng)新力度較強(qiáng)的學(xué)科，所以還需要我們這一代人的努力學(xué)習(xí)與創(chuàng)造，發(fā)展我國乃至世界的電磁兼容水平。

第三篇：電磁兼容原理論文

電磁兼容原理、技術(shù)及應(yīng)用

設(shè)計(jì)論文

電磁兼容性屏蔽

系

別

濱江電子信息工程系

專業(yè)名稱

電子信息

班級名稱

電子信息<三>班

學(xué)生姓名 陳貴龍學(xué)號 20082305924 指導(dǎo)教師

吳大中 職稱 高級教師

論文設(shè)計(jì)時(shí)間

2010年12月20日－2010年12月26日 摘要 本文簡單介紹了廣義的電磁屏蔽設(shè)計(jì)基本思路和實(shí)現(xiàn)方法 關(guān)鍵詞 電磁兼容性 電磁屏蔽設(shè)計(jì) 電磁屏蔽材料和屏蔽方法 一.引言

電子設(shè)備工作時(shí)，會受到各種電磁干擾(Electro-magnetic Interference)，包括自身的干擾和來自其它設(shè)備的干擾，同時(shí)也會對其它設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。電磁干擾若超過了設(shè)備的允許值，就會影響設(shè)備的正常工作。電磁屏蔽有2個目的，一方面能防止干擾源對設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生有害影響，另一方面也可以防止設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)有害的電磁輻射向外傳播。為了滿足這些設(shè)備對電磁干擾屏蔽的需要，在過去的幾年中人們開發(fā)了大批新的改良的產(chǎn)品。根據(jù)屏蔽的工作原理可將屏蔽分為以下3大類：電場屏蔽、磁場屏蔽及電磁場屏蔽。當(dāng)干擾源產(chǎn)生的干擾是以電壓形式出現(xiàn)時(shí)，干擾源與電子設(shè)備之間就存在容性電場耦合，可將其視為分布電容間的耦合。為消除或抑制這種干擾，要進(jìn)行電場屏蔽。其設(shè)計(jì)應(yīng)遵從的原則是：(1)屏蔽體要盡量靠近受保護(hù)物，而且屏蔽體的接地必須良好；(2)屏蔽效果的好壞與屏蔽體的形狀有著最直接的關(guān)系。屏蔽體如果能夠做成全封閉的金屬盒最好，但在工程實(shí)踐中還需要根據(jù)實(shí)際情況而定；(3)屏蔽體的材料要以良導(dǎo)體為好，對厚度沒有嚴(yán)格的要求，只要有足夠的強(qiáng)度即可。(1)磁場屏蔽

當(dāng)干擾源以電流的形式出現(xiàn)時(shí)，此電流所產(chǎn)生的磁場通過互感耦合對鄰近信號形成干擾。此時(shí)，為了抑制干擾，要施行磁場屏蔽。磁 場屏蔽機(jī)理主要是依靠高導(dǎo)磁材料所具有的低磁阻，對磁通起著分路的作用，從而使得屏蔽體內(nèi)部的磁場大為減弱。

總之，對于磁場屏蔽來講：(1)當(dāng)電磁場干擾源的頻率較高時(shí)，利用高電導(dǎo)率、低電阻率的金屬材料中產(chǎn)生的渦流反向磁場，形成對外來電磁波的抵消作用，從而達(dá)到屏蔽的效果。(2)當(dāng)電磁場干擾源的頻率較低時(shí)，要采用高磁導(dǎo)率的材料，構(gòu)成低磁阻通路，從而使磁力線限制在屏蔽體內(nèi)部，防止擴(kuò)散到屏蔽的空間去，使大部分磁場被集中在屏蔽體內(nèi)。(3)在某些場合下，如果要求對高頻和低頻電磁場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。

(2)電磁場屏蔽

單純的電場或磁場干擾源是很少見的，通常所說的電磁干擾是指電場和磁場同時(shí)存在的高頻電磁場干擾。電磁場屏蔽用于抑制干擾源和敏感設(shè)備距離較遠(yuǎn)時(shí)通過電磁場耦合產(chǎn)生的干擾，它必須同時(shí)屏蔽電場和磁場，通常采用電阻率小的良導(dǎo)體材料，空間干擾電磁波在入射到金屬體表面時(shí)會產(chǎn)生反射和吸收，電磁能量被衰減，從而起到屏蔽作用。

靜電屏蔽與靜磁屏蔽很容易采取良導(dǎo)體材料實(shí)現(xiàn)，但在交變電磁場中，電場和磁場總是同時(shí)存在于同一空間的，因此必須同時(shí)考慮電場和磁場的屏蔽。然而，由于頻率的不同，交變電磁場的干擾效應(yīng)區(qū)也不同，實(shí)際中應(yīng)區(qū)別對待。二.材料的選擇

對于屏蔽體來說，所選擇的材料的類型對其性能和成本影響極大。在設(shè)計(jì)屏蔽體時(shí)有一點(diǎn)是重要的，就是要深入了解普通使用的不同屏蔽合金的特性。對這些不同性能的理解就可使你選擇合適的材料，去滿足目標(biāo)要求。

磁屏蔽目的：通常是保護(hù)電子線路免于受到諸如永磁體、變壓器、電機(jī)、線圈、電纜等產(chǎn)生磁場的干擾，當(dāng)然屏蔽強(qiáng)的磁干擾源使它免于干擾附近的元器件功能也是一個重要的應(yīng)用目的。磁屏蔽材料參數(shù)及材料劃分：磁屏蔽體由磁性材料制成，衡量材料導(dǎo)磁能力的參數(shù)是磁導(dǎo)率，通常以數(shù)字來表示相對大小。真空磁導(dǎo)率為1，屏蔽材料的磁導(dǎo)率從200到350000；磁屏蔽材料的另一個重要參數(shù)是飽和磁化強(qiáng)度。磁屏蔽材料一般分為三類，即高導(dǎo)磁材料、中導(dǎo)磁材料和高飽和材料

高飽和磁導(dǎo)率材料的磁導(dǎo)率在80000-350000之間，經(jīng)熱處理后其飽和場可達(dá)7500Gs；中磁導(dǎo)率材料通常和200-50000，飽和場可達(dá)18000-21000Gs。為提高導(dǎo)電材料的磁場屏蔽效果，應(yīng)采取如下措施：（1）使用良單體；（2）注意屏蔽體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免因開孔、縫隙等而影響渦流的流通回路，應(yīng)減小孔縫的最大尺寸，從而提高屏蔽效果；（3）使屏蔽體有一定的厚度，一般要大于10倍的透入深度。在需要于極小空間內(nèi)降低磁場時(shí)，典型上使用這些合金。在需要提供比要求更高屏蔽時(shí)，或是磁場強(qiáng)度較高場強(qiáng)時(shí)需要具有更高飽和值材料時(shí)，這些材料常被選中。在屏蔽目標(biāo)僅需要稍微減少場強(qiáng)時(shí)，或是當(dāng)場強(qiáng)足以使高磁導(dǎo)率屏蔽體飽和時(shí)，超低碳鋼(ULCS)可能是最佳的選擇。這些較低成本材料的碳含量典型小于0.01%；與其它鋼相比，其有較高的磁導(dǎo)率和極優(yōu)的飽和性能。這些材料具有較小的柔韌性，并比硅鋼較容易制造，這就允許在大面積屏蔽項(xiàng)目中容易安裝和以同樣的方式加工出小型組件。ULCS可與高磁導(dǎo)率材料一起使用，以為需要高飽和保護(hù)和高衰減等級建立最佳的屏蔽體。

對于低溫用的屏蔽體，Cryoperm10為一種最佳選擇。與Mumetal一樣，C ryoperm10也是一種高磁導(dǎo)率鎳鐵合金，它是經(jīng)特殊加工而成的，以提供在降低溫度時(shí)磁導(dǎo)率增加。標(biāo)準(zhǔn)的屏蔽合金（比如Mumetal）在低溫時(shí)就失去了其大部分磁導(dǎo)率。但是Cryoperm10可在77.3到4.2°K時(shí)的磁導(dǎo)率卻增加10倍。

由于材料的成本占屏蔽體價(jià)格的一半，所以使用較薄的尺寸能滿足所要求的屏蔽特性和結(jié)構(gòu)性能是最好了。厚度為0.002到0.010英寸的箔材是最低成本的選擇。這些箔材能以同等的化學(xué)組分和性能特性獲得，并可作為標(biāo)準(zhǔn)的以鎳為基礎(chǔ)的和ULCS材料。

設(shè)計(jì)低成本屏蔽體的最重要的一步，就是對這些典型屏蔽材料特性及其對屏蔽性能影響的了解。一旦合適的材料被選中，其重點(diǎn)要集中于基本的設(shè)計(jì)考慮，以使其不但性能最佳，而且對成本的影響最小。三．設(shè)計(jì)考慮因素

屏蔽體的尺寸在屏蔽效率和成本方面的重要性極大。屏蔽體的有效半徑越小，其整體性能就越好。但是，設(shè)計(jì)屏蔽體的目的是使其包絡(luò)試圖屏蔽的組件和空間，并應(yīng)該靠得很近。由于材料占屏蔽體設(shè)計(jì)的大部分成本，因此較小屏蔽體就可以在較低成本下獲得較優(yōu)的性能。

每當(dāng)有可能，屏蔽體應(yīng)與所有壁靠近，以避免場泄漏。這種結(jié)構(gòu)（即使是矩形）也是最接近于圓形的，它可以建立一個半閉合的磁路。另外，全部箱體可在所有軸上獲得屏蔽特性，這樣就可以保證最好的屏蔽性能。當(dāng)特殊的性能和進(jìn)出口需要時(shí)，可移動的蓋板、罩和門均可組合到屏蔽體設(shè)計(jì)中去。

利用蓋板、罩和門時(shí)或使用兩塊或多塊板構(gòu)建屏蔽體時(shí)，在多塊板間保持磁連續(xù)性和電接觸是很重要的?？赏ㄟ^機(jī)械式（利用磨擦組件）或焊接保持磁連續(xù)性。在拐角或過渡連接，使用焊接可獲得最佳性能。維持表面間的連續(xù)性就可以保證磁力線連續(xù)沿其低磁阻路徑前進(jìn)，這樣可以提高屏蔽效能。在交流場，保持磁連續(xù)性就允許較高的感應(yīng)電流屏蔽，在直流場，對于適當(dāng)?shù)拇帕€分路，連續(xù)性也是重要的。

新型屏蔽結(jié)構(gòu)和常用材料 由鋁、鋼、銅組合的屏蔽體，對電磁波有很大的反射損耗，所以只適用電屏蔽。電屏蔽體一般對各種頻率都具有良好的電屏蔽作用。鐵和高導(dǎo)磁率的合金體則對磁場波有很大的吸收損耗，所以用它們做成的屏蔽體，適合用在磁屏蔽環(huán)境。如果 條件允許可用不銹鋼制造具有很高可靠性的電磁屏蔽機(jī)殼。當(dāng)設(shè)備處于機(jī)械應(yīng)力下時(shí)，防傾斜拐角有助于機(jī)殼保持機(jī)械性能的完整性和屏蔽效能。安裝在凹槽上的板子，它的連續(xù)導(dǎo)電性和屏蔽效能由鈹銅合金的彈性屏蔽墊圈來保證。在通信、計(jì)算機(jī)、自動化、醫(yī)療等商用電子設(shè)備上選擇最有效的電磁屏蔽襯墊時(shí)，通?？梢钥紤]以下三種襯墊類型：導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電布、鈹銅指簧。依據(jù)設(shè)備的不同需要，這幾種類型的襯墊可提供不同程度的電磁屏蔽，適合不同的形狀和環(huán)境密封的要求。現(xiàn)在流行新型的屏蔽材料還有導(dǎo)電塑料、活化導(dǎo)電鍍膜塑料、發(fā)泡鋁、發(fā)泡鎳、超微晶納米晶合金、鎳基/鈷基非晶態(tài)合金、坡莫合金箔帶等等。

多重屏蔽 多重屏蔽的原則是：各屏蔽層之間不能連接在一起，其間應(yīng)該隔開空氣或者填充其他介質(zhì)。否則就失去多層屏蔽的作用；各層屏蔽體的材質(zhì)也不應(yīng)該相同。除了要考慮磁導(dǎo)率外，還要考慮飽和電平。有的時(shí)候由于需要不得不對系統(tǒng)/分系統(tǒng)進(jìn)行雙重甚至更多層的電磁屏蔽。有些系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)部電磁環(huán)境非常惡劣，使得對外殼屏蔽效能的要求也就很高。所以，在設(shè)備的內(nèi)部的局部，如：PCB、電源的輸入輸出濾波、屏蔽部分輻射嚴(yán)重的元器件、適當(dāng)?shù)夭捎酶綦x電路、縮短引線、用接地平面代替接地回路的引線、使用符合EMC相公標(biāo)準(zhǔn)要求的器件等等。一般設(shè)備中最大的干擾源是振蕩電路，這種電路應(yīng)該用輔助分屏蔽體封閉后再裝入系統(tǒng)主屏蔽體中。這些分屏蔽體和主屏蔽箱內(nèi)、外屏蔽體/其他分屏蔽體之間除了一點(diǎn)必要的連接外（須經(jīng)過濾波器來控制出入口），其他必須隔絕 在設(shè)計(jì)過程早期就應(yīng)考慮這些問題，可使這些主要設(shè)計(jì)參數(shù)對屏蔽體的成本影響較小。但是，這些因素要比材料本身對屏蔽體性能的影響要大。這樣，在設(shè)計(jì)屏蔽體時(shí)，最先保證這些基本參數(shù)通常是需要的。

四.磁屏蔽的解決方案

磁屏蔽的定義：為減少齒部和壓板(壓圈)上漏磁通集中現(xiàn)象，以降低齒壓板和邊端鐵心的溫度，在鐵心外側(cè)和鐵心壓板之間設(shè)有的階梯形的錐形疊片鐵心。用來吸收漏磁通的磁分路。

屏蔽就是對兩個空間區(qū)域之間進(jìn)行金屬的隔離，以控制電場、磁場和電磁波由一個區(qū)域?qū)α硪粋€區(qū)域的感應(yīng)和輻射。具體講，就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個系統(tǒng)的干擾源包圍起來，防止干擾電磁場向外擴(kuò)散；用屏蔽體將接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)包圍起來，防止它們受到外界電磁場的影響。因?yàn)槠帘误w對來自導(dǎo)線、電纜、元部件、電路或系統(tǒng)等外部的干擾電磁波和內(nèi)部電磁波均起著吸收能量（渦流損耗）、反射能量（電磁波在屏蔽體上的界面反射）和抵消能量（電磁感應(yīng)在屏蔽層上產(chǎn)生反向電磁場，可抵消部分干擾電磁波）的作用，所以屏蔽體具有減弱干擾的功能。五.屏蔽的目的、原理

屏蔽的目的：(1)限制內(nèi)部產(chǎn)生的輻射超出某一區(qū)域；（2）防止外來的輻射進(jìn)入某一區(qū)域。

屏蔽按其機(jī)理可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽3種。按其屏蔽體結(jié)構(gòu)可分為完整屏蔽、不完整屏蔽及編織帶屏蔽。1.電場屏蔽

電場屏蔽的目的是消除或抑制靜電或交變電場與被干擾電路的電耦合。電場屏蔽有分靜電場屏蔽和交變電場屏蔽。①靜電場屏蔽

導(dǎo)體置于靜電場中并達(dá)到靜電平衡后，該導(dǎo)體是一個等位體，內(nèi)部電場為零，導(dǎo)體內(nèi)部沒有靜電荷，電荷只能分布在導(dǎo)體表面。若該導(dǎo)體內(nèi)部有空腔，空腔中也沒有電場，因此，空腔導(dǎo)體起到了隔絕外部靜電場的作用。若將帶電體置于空腔內(nèi)部，會在空腔導(dǎo)體表面感應(yīng)出等量電荷，如果把空腔導(dǎo)體接地，則不會在導(dǎo)體外部產(chǎn)生電場，可以起到隔絕內(nèi)部電荷的作用。

實(shí)現(xiàn)靜電場屏蔽，需要滿足兩個條件：（1）有完整的屏蔽體（2）屏蔽體良好接地 ②交變電場屏蔽

在交變電場情況下，導(dǎo)體間的電場感應(yīng)是通過耦合電容起作用，為了減少這種影響，就要減少耦合電容，其中的一個方法就是對被干擾電路采取屏蔽措施。2.磁場屏蔽 磁場屏蔽的目的是消除或抑制恒定磁場或交變磁場與被干擾回路的磁偶合。通常，可以利用導(dǎo)磁材料和導(dǎo)電材料兩種方法進(jìn)行屏蔽。磁場屏蔽通常是指對直流或低頻磁場的屏蔽，其效果比電場屏蔽和電磁場屏蔽要差的多。

（1）利用高導(dǎo)磁材料進(jìn)行磁場屏蔽

（2）利用導(dǎo)電材料產(chǎn)生反向的抵消磁場來實(shí)現(xiàn)磁場屏蔽 3.電磁場屏蔽

電磁場屏蔽是利用屏蔽體阻止電磁波在空間傳播。電磁波在穿越屏蔽體時(shí)，會產(chǎn)生反射和吸收，導(dǎo)致磁場能量衰減。

電磁場屏蔽措施：（1）使用良導(dǎo)體（2）使屏蔽體有一定的厚度，以抑制電磁場，一般厚度要大于10倍的透入深度；（3）避免因開孔、縫隙等引起的屏蔽效果下降，孔縫的最大尺寸一般應(yīng)小于最高頻率電磁波波長的1/20。

六．屏蔽體設(shè)計(jì)原則與注意事項(xiàng)

屏蔽體的實(shí)際應(yīng)用很廣，包括專門的屏蔽室、設(shè)備的外殼或機(jī)箱、設(shè)備內(nèi)部敏感單元的屏蔽盒及各種屏蔽線纜等。不同設(shè)備各自特點(diǎn)及不同工作環(huán)境，對屏蔽的要求不同，屏蔽體的設(shè)計(jì)也各有特點(diǎn)，但其基本的設(shè)計(jì)原則和處理方法是一致的。

一、屏蔽體設(shè)計(jì)原則

良好的屏蔽體設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)根據(jù)屏蔽性能要求及實(shí)際情況選取最經(jīng)濟(jì)、有效的設(shè)計(jì)方案。為此，應(yīng)當(dāng)考慮以下原則： 1.明確電磁騷擾源及敏感單元 2.大致確定屏蔽體的屏蔽效能 3.確定屏蔽方式 4.進(jìn)行屏蔽完整性設(shè)計(jì)

二、穿透和開口注意事項(xiàng)

1.要注意由于電纜穿過機(jī)殼使整體屏蔽效能降低的程度。典型的未濾波的導(dǎo)線穿過屏蔽體時(shí)，屏蔽效能降低30dB以上。

2.電源線進(jìn)入機(jī)殼時(shí)，全部應(yīng)通過濾波器盒。濾波器的輸入端最好能穿出到屏蔽機(jī)殼外；若濾波器結(jié)構(gòu)不宜穿出機(jī)殼，則應(yīng)在電源線進(jìn)入機(jī)殼出專為濾波器設(shè)置一隔艙。

3.信號線、控制線進(jìn)入/穿出機(jī)殼時(shí)，要通過適當(dāng)?shù)臑V波器。具有濾波插針的多芯連接器適于這種場合使用。

4.穿過屏蔽體的金屬控制軸，應(yīng)該用金屬觸片、接地螺母或射頻襯墊接地。也可不用接地的金屬軸，而用其它軸貫通波導(dǎo)截止頻率比工作頻率高的園管來做控制軸。

5.必須注意在截止波導(dǎo)孔內(nèi)貫通金屬軸或?qū)Ь€時(shí)會嚴(yán)重降低屏蔽效能。

6.當(dāng)要求使用對地絕緣的金屬控制軸時(shí)，可用短的隱性控制軸，不調(diào)節(jié)時(shí)，用螺帽或金屬襯墊彈性安裝帽蓋住。7.為保險(xiǎn)絲、插孔等加金屬帽。

8.用導(dǎo)電襯墊和墊圈、螺母等實(shí)現(xiàn)鈕子開關(guān)防泄漏安裝。9.在屏蔽、通風(fēng)和強(qiáng)度要求高而質(zhì)量不苛刻時(shí)，用蜂窩板屏蔽通風(fēng)口，最好用焊接方式保持線連接，防止泄漏。

10.盡可能在指示器、顯示器后面加屏蔽，并對所有引線用穿心電容濾波。

11.在不能從后面屏蔽指示器/顯示器和對引線濾波時(shí)，要用與機(jī)殼連續(xù)連接的金屬網(wǎng)或?qū)щ姴Ａ帘沃甘酒?顯示器的前面。對夾金屬絲的屏蔽玻璃，在保持合理透光度條件下，對30～1000m的屏蔽效能可達(dá)50～110dB。在透明塑料或玻璃上鍍透明導(dǎo)電膜，其屏蔽效果一般不大于20dB。但后者可消除觀察窗上的靜電積累，在儀器上常用。

七．總結(jié)

屏蔽是降低設(shè)備電磁輻射干擾方法的主要一種，在屏蔽的同時(shí)也應(yīng)該注意濾波和接地的重要性。如使用平衡變壓器、接地、隔離變壓器、鐵氧體磁環(huán)、光電耦合器、減小公共地的阻抗、減小互聯(lián)電纜的環(huán)路面積、對電纜進(jìn)行分組、將帶寬減小到必要的程度、減小輸入阻抗、減小電路的環(huán)路面積、將敏感器件屏蔽起來、使用瞬間干擾抑制器件、改變工作頻率、PCB電磁兼容布線等設(shè)計(jì)合理，就會對屏蔽效能要求甚少，有時(shí)候不屏蔽就可以滿足性能要求。

第四篇：電磁兼容測試

一、前言

自從麥克斯韋建立電磁理論、赫芝發(fā)現(xiàn)電磁波百余年來，電磁能得到了充分的利用。尤其在科學(xué)發(fā)達(dá)的今天，廣播、電視、通信、導(dǎo)航、雷達(dá)、遙測遙控及計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域得到了迅速的發(fā)展，給人類創(chuàng)造了巨大的物質(zhì)財(cái)富，特別是信息、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的爆炸性發(fā)展，使世界的對話距離和時(shí)間驟然縮短，世界的面貌煥然一新，地球村的夢想將成為現(xiàn)實(shí)。然而，伴隨電磁能的利用，也帶來了電磁干擾的產(chǎn)生。元用的電磁場，通過輻射和傳導(dǎo)的途徑，以場和電流(電壓)的形式，侵人工作著的敏感的電子設(shè)備，使其無法正常工作。而且，如同生態(tài)環(huán)境污染一樣，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展.電磁環(huán)境的污染也越來越嚴(yán)重。它不僅對電子產(chǎn)品的安全與可靠性產(chǎn)生危害，還會對人類及生態(tài)產(chǎn)生不良影響。當(dāng)然，這種污染不會滯留和積累電磁能量，一旦電磁騷擾源停止工作，干擾也即消失。

電磁環(huán)境的不斷惡化，引起了世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家的重視，特別是二十世紀(jì)七十年代以來，進(jìn)行了大量的理論研究及實(shí)驗(yàn)工作。進(jìn)而提出了如何使電子設(shè)備或系統(tǒng)在其所處的電磁環(huán)境中，能夠正常的運(yùn)衍，而對在該環(huán)境中工作的其它設(shè)備或系統(tǒng)也不引人不能承受的電磁干擾的新課題。這就是所謂的電磁兼容。

電磁兼容學(xué)是一門新興的跨學(xué)科的綜合性應(yīng)用學(xué)科。作為邊緣技術(shù)，它以電氣和元線電技術(shù)的基本理論為基礎(chǔ)，并涉及許多新的技術(shù)領(lǐng)域，如微波技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、以及新材料等等。電磁兼容技術(shù)研究的范圍很廣，兒乎所有現(xiàn)代化工業(yè)領(lǐng)域，如電力、通信、交通、航天、軍工、計(jì)算機(jī)和醫(yī)療等都必須解決電磁兼容問題。研究的熱點(diǎn)內(nèi)容主要有：

電磁干擾源的特性及其傳輸特性；

電磁干擾的危害效應(yīng)；

電磁干擾的抑制技術(shù)；

電磁頻譜的利用和管理；

電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范；

電磁兼容性的測量與試驗(yàn)技術(shù)；

電磁泄漏與靜電放電等。

電磁兼容學(xué)又是技術(shù)與管理并重的實(shí)用工程學(xué)。開展這樣的工程，需要投入大量的人力和財(cái)力。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織已經(jīng)和正在制定EMC的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。我國在這方面的起步雖然較晚，但發(fā)展很快。隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國要參與世界技術(shù)市場的競爭，進(jìn)出口的電子產(chǎn)品都必須通過EMC檢驗(yàn)。因此，我國政府和相關(guān)部門越來越關(guān)注EMC問題，不斷制定了有關(guān)的強(qiáng)制性貫徹標(biāo)準(zhǔn)。各部門和軍兵種也都開始研究并建立了不同規(guī)模的EMC實(shí)驗(yàn)室和檢測中心。各種形式的技術(shù)研討和交流，促進(jìn)了EMC技術(shù)的普及、推廣和應(yīng)用。我國98年已立法強(qiáng)制對六類進(jìn)口電子產(chǎn)品(計(jì)算機(jī)、顯示器、打印機(jī)、開關(guān)電源、電視機(jī)和音響)及通信終端產(chǎn)品施行EMC檢測。99年國家質(zhì)量監(jiān)督局發(fā)布了《EMC認(rèn)證管理辦法》。我國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所EMC測試實(shí)驗(yàn)室被美國聯(lián)邦通信委員會通過了FCC認(rèn)可。從2000年2月16日起，出口美國的信息技術(shù)設(shè)備和發(fā)射及接收設(shè)備，由該實(shí)驗(yàn)室出具的數(shù)據(jù)將被美國直接接受。目前，國內(nèi)也正在審定和驗(yàn)收正式的EMC認(rèn)證機(jī)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)室。

產(chǎn)品的EMC檢測是實(shí)現(xiàn)電磁兼容不可缺少的技術(shù)手段，強(qiáng)制貫徹電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，則是保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高市場競爭力的先決條件。

二、電磁兼容基本概念

關(guān)于EMC的有關(guān)概念、定義和術(shù)語，在1995年頒布的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4365“電磁兼容術(shù)語”中有詳細(xì)的闡述。這里僅就幾個主要概念作一些輔助說明。

1.電磁環(huán)境(Electromagnetic Environment)

指存在于給定場所的所有電磁現(xiàn)象的總和。

給定場所即空間。所有電磁現(xiàn)象包括全部時(shí)間與全部頻譜。

2.電磁兼容性(Electmmagnetic Compatibiiity-EMC)

設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。

對于EMC這一概念，作為一門學(xué)科，可譯為“電磁兼容”，而作為一個設(shè)備或系統(tǒng)的電磁兼容能力，可稱為“電磁兼容性”。

由定義可以看出，EMC包括兩個方面的含義，即設(shè)備或系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁發(fā)射，不致影響其它設(shè)備或系統(tǒng)的功能；而本設(shè)備或系統(tǒng)的抗干擾能力，又足以使本設(shè)備或系統(tǒng)的功能不受其它干擾的影響。這就又引出了另外兩個概念——電磁干擾和電磁敏感度。

3.電磁干擾(Electromagnetic Interference-EMI)

電磁騷擾引起的設(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降。

所謂電磁騷擾(Electmmagnetic Disturbance)是指任何可能引起裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低或者對有生命或元生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。它可能是電磁噪聲、無用信號或傳播媒介自身的變化，它可能引起設(shè)備或系統(tǒng)降級或損害，但不一定會形成后果。而電磁干擾則是由電磁騷擾引起的后果。電磁干擾是由干擾源、藕合通道和接收器三部分構(gòu)成的。通常稱作干擾的三要素。

根據(jù)干擾傳播的途徑，電磁干擾可分為輻射干擾和傳導(dǎo)干擾。

輻射干擾(Radiated Interference)是通過空間并以電磁波的特性和規(guī)律傳播的。但不是任何裝置都能輻射電磁波的。

傳導(dǎo)干擾(Conducted Interference)是沿著導(dǎo)體傳播的干擾。所以傳導(dǎo)干擾的傳播要求在干擾源和接收器之間有一完整的電路連接。

4.電磁敏感度(Electmmagnetic SuseeptibilkrEMS)

在存在電磁騷擾的情況下，裝置、設(shè)備或系統(tǒng)不能避免性能降低的能力。敏感度高，抗擾度低。其實(shí)二者是一個問題的兩個方面，即從不同角度反映裝置、設(shè)備或系統(tǒng)的抗干擾能力。以電平來表示，敏感度電平(剛剛開始出現(xiàn)性能降低時(shí)的電平)越小，說明敏感度越高，抗擾度就越低；而抗擾度電平越高，說明抗擾度也越高，敏感度就越低。

電磁敏感度也分為輻射敏感度和傳導(dǎo)敏感度。

三、電磁干擾的危害

人們常說的射頻干擾(Radio Frequency Interference-RFI)是指元線電廣播范圍的干擾。1934年在巴黎舉行的國際無線電干擾特別委員會(CISPR)，就是第一次開始對電磁干擾及其控制技術(shù)的世界性有組織的研究。在人類進(jìn)入信息化社會的今天，電磁波作為一種資源已在OHz~400GHz寬頻范圍內(nèi)，廣泛地用于信息技術(shù)產(chǎn)品中，如汽車、通信、計(jì)算機(jī)、家電等產(chǎn)品，大量地?fù)砣松鐣图彝?。伴之而來的電磁干擾也就從甚低頻到微波波段，無孔不入地輻射或傳導(dǎo)至運(yùn)行中的子設(shè)備或系統(tǒng)以及周圍的環(huán)境。給設(shè)備或系統(tǒng)以及生態(tài)帶來各種各樣的危害。現(xiàn)就幾個領(lǐng)域的電磁騷擾現(xiàn)象作簡要介紹。

(一)信息技術(shù)設(shè)備的電磁干擾不容忽視

信息技術(shù)設(shè)備(Informatbn Technohgy Equipmem-ITE)是指用于以下目的的設(shè)備：

接收來自外部源的數(shù)據(jù)(如通過鍵盤、數(shù)據(jù)線輸入)；

對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行某些處理；

提供數(shù)據(jù)輸出。

過去，人們往往認(rèn)為，計(jì)算機(jī)是以邏輯為特征的數(shù)字系統(tǒng)，受自身和外來電磁干擾影響不會很大。盡管在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程實(shí)現(xiàn)中，也自覺或不自覺地進(jìn)行著防止和消除各種干擾的工作，然而，提到掌握和運(yùn)用EMC技術(shù)上來認(rèn)識和研究，其意識性還欠缺。然而，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)己朝高速度、高靈敏度、高集成和多功能方向發(fā)展，系統(tǒng)已是含有多種元器件和許多分系統(tǒng)的低壓傳輸信息的復(fù)雜設(shè)備。高速和高密，會使系統(tǒng)的輻射加重，低壓、高靈敏度會使系統(tǒng)的抗擾度降低。因此，由于電磁環(huán)境的干擾和系統(tǒng)內(nèi)部的相互竄擾，嚴(yán)重地威脅著計(jì)算機(jī)和數(shù)字系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。如兼容機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)的現(xiàn)象就是典型一例。

(二)信息技術(shù)設(shè)備的電磁泄揭威脅著信息安全

計(jì)算機(jī)的鍵盤、顯示屏等都會使信息輻射泄漏出去。如果泄漏的是有用信息，一旦被敵方截獲，將會造成巨大損失。美國是最早利用電磁輻射泄漏獲取情報(bào)和重視防信息泄漏的國家。美國曾有人在紐約做過試驗(yàn)，將輻射信號截獲設(shè)備“數(shù)據(jù)掃描器”裝在汽車上，從曼哈頓南端的貝特利公園，沿華爾街緩行，對沿途的海關(guān)大樓、聯(lián)邦儲備銀行、世界貿(mào)易中心、市政廳、警察總局、紐約電話局以及聯(lián)合國總部等單位正在工作的計(jì)算機(jī)進(jìn)行輻射信號監(jiān)測。驚奇地發(fā)現(xiàn)，紐約是一個巨大的信息庫。如果截獲者，對其有興趣，便可通過放大、特征提取、解密、解碼等技術(shù)或信息處理等，獲得有用的情報(bào)。據(jù)資料介紹，當(dāng)今的截獲技術(shù)相當(dāng)先進(jìn)，可在1公里之內(nèi)，獲取清晰的屏幕圖像。在通信方面，則往往是以傳導(dǎo)波的方式泄漏和截獲。因?yàn)?，通信領(lǐng)域的信號傳播方式主要是電纜、光纜和無線電波。所以，網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，傳導(dǎo)形式的泄密更加嚴(yán)重。美國曾在20世紀(jì)70年代，一個潛水員在前蘇聯(lián)領(lǐng)?？v深內(nèi)部的鄂霍次克海120米深的海底軍事通信電纜上安裝了一個6米長的竊聽設(shè)備，它大量記錄了所有經(jīng)過電纜的通信信號。由于沒有采取任何加密措施，而使大量軍事通信情報(bào)輕易地落在了美國人手中。美國在信息泄漏的制技術(shù)方面也很高明。美國國家安全局和美國國防部從二十世紀(jì)六十年代就開始研究制定和逐步完善的防電磁泄漏標(biāo)準(zhǔn)，就是用于計(jì)算機(jī)及信息設(shè)備防信息泄漏的研究被稱作Tempest技術(shù)。IBM開發(fā)的Tempest個人計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、顯示器等產(chǎn)品.就有明顯的市場競爭力。在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，信息泄漏被認(rèn)為是對網(wǎng)絡(luò)安全的最大威脅。所以，防信息泄漏已不再只是對軍事領(lǐng)域才有意義，而在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域及各行各業(yè)都應(yīng)引起足夠的重視了。

(三)機(jī)載系統(tǒng)的EMI現(xiàn)象

我們都知道，在飛機(jī)上不允許使用筆記本電腦、手機(jī)和聽CD片等。其原因就在于避免這些設(shè)備產(chǎn)生電磁騷擾。一旦電磁騷擾通過飛機(jī)上的電纜線藕合到機(jī)上的敏感設(shè)備，就可能形成干擾，使設(shè)備工作不穩(wěn)，甚至失控。如果這些騷擾通過機(jī)艙的窗戶向外輻射，使空間的電磁環(huán)境更加復(fù)雜，而機(jī)身上有大量的傳感器和數(shù)十付天線，就會因干擾而增加飛機(jī)偏離航線或造成其它事故的可能性。本來飛機(jī)設(shè)計(jì)對電磁兼容性，尤其是抗擾性的要求就是非常高的。

現(xiàn)代交通工具越來越多的依賴于電子系統(tǒng)。對車載接收、監(jiān)控和定位等電子控制系統(tǒng)來說，如果電磁抗擾度不夠，就很容易受空間電磁環(huán)境干擾而不能正常工作，甚至失控造成事故。如氣囊的保護(hù)失靈、定位錯誤等。鐵路道岔的信號自動控制，如果因電磁干擾造成誤控，將會給列車的行駛帶來不堪設(shè)想的災(zāi)難。

(四)微波領(lǐng)域的電磁干擾

衛(wèi)星地面站和雷達(dá)裝置都會受到諸如：特高頻波段的電視信號、核電信號等干擾。如美國正在研制的新一代大功率徽波武器，其頻率在l~100GHz范圍，可想，強(qiáng)的微波輻射將會給電子設(shè)備或系統(tǒng)以及生物帶來多么嚴(yán)重的破壞和殺傷。

移動電話正在我國蓬勃發(fā)展，可是它所產(chǎn)生的電磁干擾給持手機(jī)的人們帶來許多困擾和驚恐。目前，國家尚無關(guān)于移動電話的電磁輻射衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，也無手機(jī)電磁輻射測試方法的標(biāo)準(zhǔn).但據(jù)有關(guān)部門的初步檢測和分析，認(rèn)為手機(jī)的電磁輻射為點(diǎn)頻微波輻波。手機(jī)在使用過程中，其電磁輻射以手機(jī)與基站(網(wǎng))取得聯(lián)系時(shí)最大，第一聲鈴響后，輻射逐漸減小。所以，在手機(jī)接通后的最初幾秒之內(nèi)，最好不要馬上將手機(jī)貼耳接聽。因?yàn)槿说拇竽X和眼睛對輻射是比較敏感的，以免造成傷害。當(dāng)然，在通話過程中，聲調(diào)的高低、聲音的大小和快慢也會使輻射有所不同。另外，手機(jī)的類型不同，天線的內(nèi)置或外置，其輻射都會有些差別。

(五)EMI對醫(yī)療衛(wèi)生設(shè)備或系統(tǒng)的危害

當(dāng)今，許多醫(yī)療設(shè)備都采用了先進(jìn)的電子和信息技術(shù)。這些設(shè)備的抗擾度如何，直接關(guān)系到人們的生命安危。如心臟起膊器，往往就會受到來自計(jì)算機(jī)、手機(jī)等的電磁干擾，使其功能發(fā)生變化。據(jù)說，一付由生物電控制的假肢，在高壓線下受到電磁干擾后人仰車翻。所以醫(yī)療設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計(jì)尤為重要，醫(yī)療單位的電磁環(huán)境值得關(guān)注。

另外，雷電和靜電放電的危害，也屬電磁危害范疇，其危害的嚴(yán)重性是人們多有體會和認(rèn)識的。

四、堅(jiān)持電磁兼容設(shè)計(jì)，確保產(chǎn)品質(zhì)量

EMC學(xué)科的建立和一系列電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的制定，為我們從理論與實(shí)踐的結(jié)合上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品或系統(tǒng)的電磁兼容提供了指導(dǎo)。

EMC設(shè)計(jì)的目標(biāo)是通過EMC測試和認(rèn)證。

EMC設(shè)計(jì)的最終目的是為了使我們的設(shè)備或系統(tǒng)能在預(yù)定的電磁環(huán)境中正常、穩(wěn)定的工作，并對該電磁環(huán)境中的任何事物不構(gòu)成電磁騷擾，即實(shí)現(xiàn)電磁兼容。

EMC設(shè)計(jì)涉及的內(nèi)容很多。從原理上講，要研究 干擾的三要素(干擾源、干擾的藕合通道和接收器)和 抑制干擾措施等。從技術(shù)來說，主要是如何運(yùn)用濾波、接地和屏蔽三大技術(shù)。

電磁兼容設(shè)計(jì)的基本原則和方法，首先是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)對EMC提出的要求和相應(yīng)的指標(biāo)，然后，依據(jù)電磁兼容的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，將設(shè)計(jì)產(chǎn)品的電磁兼容性指標(biāo)要求分解成元器件級、電路級、模塊級和產(chǎn)品級的指標(biāo)要求，再按照各級要實(shí)現(xiàn)的功能要求，逐級分層次的進(jìn)行設(shè)計(jì)。

電磁兼容性設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問題很多，但從根據(jù)上講，就是如何提高設(shè)備的抗擾度和防止電磁泄漏。通常采取的措施，一方面設(shè)備或系統(tǒng)本身應(yīng)選用互相干擾最小的設(shè)備、電路和部件，并進(jìn)行合理的布局。再就是通過接地、屏蔽及濾波技術(shù)，抑制與隔離電磁騷擾。對不同的設(shè)備或系統(tǒng)有不同的設(shè)計(jì)方法和措施。下面具體談點(diǎn)粗淺認(rèn)識。

(一)元器件的選擇和電路的分析是EMC設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)

以計(jì)算機(jī)為例.它是以數(shù)字電路為主，以低電平傳輸信號的設(shè)備。所用的數(shù)字集成電路既是干擾源，又是干擾的敏感器件，以存儲器為代表的MOS器件就是一個典型例子。存儲器瞬間工作時(shí)能產(chǎn)生很大電流，加之工作頻率可達(dá)百兆以上，因而易產(chǎn)生竄擾，造成誤動作或通過公共阻抗干擾其它電路。但另一方面，MOS器件本身的抗擾性又很差。數(shù)字電路傳送脈沖信號，產(chǎn)生的輻射頻率范圍很寬，如時(shí)鐘產(chǎn)生器、高速邏輯電路等都會產(chǎn)生高頻干擾和電磁泄漏，同時(shí)也會受通信、電視等頻段的電磁騷擾。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮選用抗干擾器件，合理確定指標(biāo)和運(yùn)用接地、屏蔽等技術(shù)。

(二)電珠系統(tǒng)的電磁兼容性設(shè)計(jì)

無論是信息技術(shù)設(shè)備還是無線電電子、電氣產(chǎn)品都要有電源供電。電源有外電源和內(nèi)電源，電源是典型的也是危害嚴(yán)重的電磁干擾源。如電網(wǎng)的沖擊，尖峰電壓可高達(dá)千伏以上，會給設(shè)備或系統(tǒng)帶來毀滅性的破壞。另外，電源干線是多種干擾信號侵人設(shè)備的途徑。因此，電源系統(tǒng)，特別是開關(guān)電源的EMC設(shè)計(jì)是部件級設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。其措施多種多樣，諸如供電電纜直接從電網(wǎng)總閘引出，電網(wǎng)引出的交流經(jīng)穩(wěn)壓、低通濾波、電源變壓器繞組間的隔離、屏蔽以及浪涌抑制和過壓過流保護(hù)等。

(三)接地系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)

良好的接地可以保護(hù)設(shè)備或系統(tǒng)的正常操作以及人身安全?？梢韵鞣N電磁干擾和雷擊等。所以接地設(shè)計(jì)是非常重要的，但也是難度較大的課題。地線的種類很多，有邏輯地、信號地、屏蔽地、保護(hù)地等。接地的方式也可分單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地、混合接地和懸浮地等。理想的接地面應(yīng)為零電位，各接地點(diǎn)之間無電位差。但實(shí)際上，任何“地”或接地線都有電阻。當(dāng)有電流通過時(shí)，就會產(chǎn)生壓降，使地線上的電位不為零，兩個接地點(diǎn)之間就會存在地電壓。當(dāng)電路多點(diǎn)接地，井有信號聯(lián)系時(shí)，就將構(gòu)成地環(huán)路干擾電壓。因此，接地技術(shù)十分講究，如信號接地與電源接地要分開，復(fù)雜電路采用多點(diǎn)接地和公共地等。

(四)印制電路板的EMC設(shè)計(jì)

元器件、電路和地線引起的騷擾都會在印制電路板上反映出來。因此，印制電路板的EMC工程設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。印制電路板的布線要合理，如采用多層板，電源線與地線靠近，時(shí)鐘線、信號線與地線的臣離要近等，以減少電路工作時(shí)引起內(nèi)部噪聲。嚴(yán)格執(zhí)行印制電路板的工藝標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，模擬和數(shù)字電路分層布局，以達(dá)到板上各電路之間的相互兼容。

另外，值得注意的是在進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)時(shí)，一定不能忽略對靜電放電(ESD)的防護(hù)。ESD防護(hù)的關(guān)鍵，一是防止靜電核的產(chǎn)生和積累，再就是阻隔ESD效應(yīng)的發(fā)生。阻止披電的方法和措施很多，這里不做贅述。

五、掌握并運(yùn)用EMC測試技術(shù)

EMC設(shè)計(jì)與EMC測試是相輔相成的。EMC設(shè)計(jì)的好壞是要通過EMC測試來衡量的。只有在產(chǎn)品的EMC設(shè)計(jì)和研制的全過程中，進(jìn)行EMC的相容性預(yù)測和評估，才能及早發(fā)現(xiàn)可能存在的電磁干擾，并采取必要的抑制和防護(hù)措施，從而確保系統(tǒng)的電磁兼容性。否則，當(dāng)產(chǎn)品定型或系統(tǒng)建成后再發(fā)現(xiàn)不兼容的題，則需在人力、物力上花很大的代價(jià)去修改設(shè)計(jì)或采用補(bǔ)救的措施。然而，往往難以徹底的解決問題，而給系統(tǒng)的使用帶來許多麻煩。

EMC測試包括測試方法、測量儀器和試驗(yàn)場所，測試方法以各類標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，測量儀器以頻域?yàn)榛A(chǔ)，試驗(yàn)場地是進(jìn)行EMC測試的先決條件，也是衡量EMC工作水平的重要因素。EMC檢測受場地的影響很大，尤其以電磁輻射發(fā)射、輻射接收與輻射敏感度的測試對場地的要求最為嚴(yán)格。目前，國內(nèi)外常用的試驗(yàn)場地有：開闊場、半電波暗室、屏蔽室和橫電磁波小室等。

作為EMC測試的實(shí)驗(yàn)室大體有兩種類型：一種是經(jīng)過EMC權(quán)威機(jī)構(gòu)審定和質(zhì)量體系認(rèn)證而且具有法定測試資格的綜合性設(shè)計(jì)與測試實(shí)驗(yàn)室?；蚍Q檢測中心。它包括有進(jìn)行傳導(dǎo)干擾、傳導(dǎo)敏感度及靜電放電敏感度測試的屏蔽室，有進(jìn)行輻射敏感度測試的消聲屏蔽室，有用來進(jìn)行輻射發(fā)射測試的開闊場地和配備齊全的測試與控制儀器設(shè)備。要建立這樣一套完善的實(shí)驗(yàn)室需投入幾百萬甚至數(shù)千萬元人民幣。目前，國內(nèi)已有數(shù)家已建成或正在投資興建。

另一種類型就是根據(jù)本單位的實(shí)際需要和經(jīng)費(fèi)情況而建立的具有一定測試功能的EMC實(shí)驗(yàn)室。比起大型的綜合實(shí)驗(yàn)室，這類測試實(shí)驗(yàn)室規(guī)模小，造價(jià)低。主要適用于預(yù)相容測試和EMC評估。也就是為了使產(chǎn)品在最后進(jìn)行EMC認(rèn)證之前，具有自測試和評估的手段。如有不足，還可充分利用社會成果，內(nèi)外合作，相互比對和交流，以達(dá)節(jié)約開支，改進(jìn)設(shè)計(jì)，不斷提高產(chǎn)品的電磁兼容性之目的。

在測試儀器方面，以頻譜分析儀為核心的自動檢測系統(tǒng)，可以快捷、準(zhǔn)確地提供EMC有關(guān)參數(shù)。新型的EMC掃描儀與頻譜儀相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了電磁輻射的可視化。可對系統(tǒng)的單個元器件，PCB板、整機(jī)與電纜等進(jìn)行全方位的三維測試，顯示真實(shí)的電磁輻射狀況。

EMC測試必須依據(jù)EMC標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范給出的測試方法進(jìn)行，并以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限值作為判據(jù)。對于預(yù)相容測試，盡管不可能保證產(chǎn)品通過所有項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)測試，但至少可以消除絕大部分的電磁干擾，從而提高產(chǎn)品的可信度。而且能夠指出你如何改進(jìn)設(shè)計(jì)、抑制EMI發(fā)射。

六、結(jié)束語

EMC作為一門多學(xué)科的高新技術(shù)，以其在質(zhì)量保證體系中的重要作用而逐漸被人們所認(rèn)識。堅(jiān)持電磁兼容性設(shè)計(jì)，提高貫徹EMC標(biāo)準(zhǔn)的意識性。消除電磁干擾，實(shí)現(xiàn)電磁兼容，從根本上提高產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性。

第五篇：電磁兼容作業(yè)

題目：電源電磁兼容原理及抑制方法電磁兼容原理作業(yè)

姓名：趙軍

學(xué)號：S20060151

電源電磁兼容原理及抑制方法

隨著電子設(shè)備的大量應(yīng)用，電源在這些設(shè)備中的地位越來越重要，而開關(guān)變換器由于體積小、重量輕、效率高等特點(diǎn)，在電源中占的比重越來越大。開關(guān)電源大多工作在高頻情況下，在開關(guān)器件的開關(guān)過程中，寄生元件（如寄生電容、寄生電感等）中能量的高頻變化產(chǎn)生了大量的電磁干擾（Electromagnetic Interference，EMI）。

EMI信號占有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度，經(jīng)過在電路、空間中的傳導(dǎo)和輻射，污染了周圍的電磁環(huán)境，影響了與其它電子設(shè)備的電磁兼容（Electromagnetic Compatibility）性。隨著近年來各國對電子設(shè)備的電磁干擾和電磁兼容性能要求的不斷提高，對電磁干擾以及新的抑制方法的研究已成為開關(guān)電源研究中的熱點(diǎn)。

本文對電磁干擾產(chǎn)生、傳播的機(jī)理進(jìn)行了簡要的介紹，重點(diǎn)總結(jié)了幾種近年來提出的抑制開關(guān)電源電磁干擾產(chǎn)生及傳播的新方法。1 電磁干擾的產(chǎn)生和傳播方式

開關(guān)電源中的電磁干擾分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。通常傳導(dǎo)干擾比較好分析，可以將電路理論和數(shù)學(xué)知識結(jié)合起來，對電磁干擾中各種元器件的特性進(jìn)行研究；但對輻射干擾而言，由于電路中存在不同干擾源的綜合作用，又涉及到電磁場理論，分析起來比較困難。下面將對這兩種干擾的機(jī)理作一簡要的介紹。1.1 傳導(dǎo)干擾的產(chǎn)生和傳播

傳導(dǎo)干擾可分為共模（Common Mode-CM）干擾和差模（Differential Mode-DM）干擾。由于寄生參數(shù)的存在以及開關(guān)電源中開關(guān)器件的高頻開通與關(guān)斷，使得開關(guān)電源在其輸入端（即交流電網(wǎng)側(cè)）產(chǎn)生較大的共模干擾和差模干擾。1.1.1 共模（CM）干擾

變換器工作在高頻情況時(shí)，由于dv/dt很高，激發(fā)變壓器線圈間、以及開關(guān)管與散熱片間的寄生電容，從而產(chǎn)生了共模干擾。如圖1所示，共模干擾電流從具有高dv/dt的開關(guān)管出發(fā)流經(jīng)接地散熱片和地線，再由高頻LISN網(wǎng)絡(luò)（由兩個50Ω電阻等效）流回輸入線路。

圖1 典型開關(guān)變換器中共模、差模干擾的傳播路徑

根據(jù)共模干擾產(chǎn)生的原理，實(shí)際應(yīng)用時(shí)常采用以下幾種抑制方法： 1）優(yōu)化電路器件布置，盡量減少寄生、耦合電容。

2）延緩開關(guān)的開通、關(guān)斷時(shí)間。但是這與開關(guān)電源高頻化的趨勢不符。3）應(yīng)用緩沖電路，減緩dv/dt的變化率。1.2.2 差模（DM）干擾

開關(guān)變換器中的電流在高頻情況下作開關(guān)變化，從而在輸入、輸出的濾波電容上產(chǎn)生很高的di/dt，即在濾波電容的等效電感或阻抗上感應(yīng)了干擾電壓。這時(shí)就會產(chǎn)生差模干擾。故選用高質(zhì)量的濾波電容（等效電感或阻抗很低）可以降低差模干擾。

1.2 輻射干擾的產(chǎn)生和傳播

輻射干擾又可分為近場干擾〔測量點(diǎn)與場源距離<λ/6（λ為干擾電磁波波長）〕和遠(yuǎn)場干擾（測量點(diǎn)與場源距離>λ/6）。由麥克斯韋電磁場理論可知，導(dǎo)體中變化的電流會在其周圍空間中產(chǎn)生變化的磁場，而變化的磁場又產(chǎn)生變化的電場，兩者都遵循麥克斯韋方程式。而這一變化電流的幅值和頻率決定了產(chǎn)生的電磁場的大小以及其作用范圍。在輻射研究中天線是電磁輻射源，在開關(guān)電源電路中，主電路中的元器件、連線等都可認(rèn)為是天線，可以應(yīng)用電偶極子和磁偶極子理論來分析。分析時(shí)，二極管、開關(guān)管、電容等可看成電偶極子；電感線圈可以認(rèn)為是磁偶極子，再以相關(guān)的電磁場理論進(jìn)行綜合分析就可以了。

圖2是一個Boost電路的空間分布圖，把元器件看成電偶極子或磁偶極子，應(yīng)用相關(guān)電磁場理論進(jìn)行分析，可以得出各元器件在空間的輻射電磁干擾，將這些干擾量迭加，就可以得到整個電路在空間產(chǎn)生的輻射干擾。關(guān)于電偶極子、磁偶極子，可參考相關(guān)的電磁場書籍，此處不再論述。

圖2 Bosst電路在三維空間的分布

需要注意的是，不同支路的電流相位不一定相同，在磁場計(jì)算時(shí)這一點(diǎn)尤其重要。相位不同一是因?yàn)楦蓴_從干擾源傳播到測量點(diǎn)存在時(shí)延作用（也稱遲滯效應(yīng)）；再一個原因是元器件本身的特性導(dǎo)致相位不同。如電感中電流相位比其它元器件要滯后。遲滯效應(yīng)引起的相位滯后是信號頻率作用的結(jié)果，僅在頻率很高時(shí)作用才較明顯（如GHz級或更高）；對于功率電子器件而言，頻率相對較低，故遲滯效應(yīng)作用不是很大。2 幾種新的電磁干擾抑制方法

在開關(guān)電源產(chǎn)生的兩類干擾中，傳導(dǎo)干擾由于經(jīng)電網(wǎng)傳播，會對其它電子設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，往往引起更嚴(yán)重的問題。常用的抑制方法有：緩沖器法，減少耦合路徑法，減少寄生元件法等。近年來，隨著對電子設(shè)備電磁干擾的限制越來越嚴(yán)格，又出現(xiàn)了一些新的抑制方法，主要集中在新的控制方法與新的無源緩沖電路的設(shè)計(jì)等幾個方面。下面分別予以介紹。2.1 新的控制方法—調(diào)制頻率控制

干擾是根據(jù)開關(guān)頻率變化的，干擾的能量集中在這些離散的開關(guān)頻率點(diǎn)上，所以很難滿足抑制EMI的要求。通過將開關(guān)信號的能量調(diào)制分布在一個很寬的頻帶上，產(chǎn)生一系列的分立邊頻帶，則干擾頻譜可以展開，干擾能量被分成小份分布在這些分立頻段上，從而更容易達(dá)到EMI的標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)制頻率（Modulated Frequency）控制就是根據(jù)這種原理實(shí)現(xiàn)對開關(guān)電源電磁干擾的抑制。最初人們采用隨機(jī)頻率（Randomized Frequency）控制[1]，其主要思想是，在控制電路中加入一個隨機(jī)擾動分量，使開關(guān)間隔進(jìn)行不規(guī)則變化，則開關(guān)噪聲頻譜由原來離散的尖峰脈沖噪聲變成連續(xù)分布噪聲，其峰值大大下降。具體辦法 是，由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生兩種不同占空比的脈沖，再與電壓誤差放大器產(chǎn)生的誤差 信號進(jìn)行采樣選擇產(chǎn)生最終的控制信號。其具體的控制波形如圖3(a)所示。

(a)隨機(jī)頻率控制原理波形圖

(b)調(diào)制頻率控制原理波形圖 圖3 兩種不同的頻率調(diào)制波形

但是，隨機(jī)頻率控制在開通時(shí)基本上采用PWM控制的方法，在關(guān)斷時(shí)才采用隨機(jī)頻率，因而其調(diào)制干擾能量的效果不是很好，抑制干擾的效果不是很理想。而最新出現(xiàn)的調(diào)制頻率控制則很好地解決了這些問題。其原理是，將主開關(guān)頻率進(jìn)行調(diào)制，在主頻帶周圍產(chǎn)生一系列的邊頻帶，從而將噪聲能量分布在很寬的頻帶上，降低了干擾。這種控制方法的關(guān)鍵是對頻率進(jìn)行調(diào)制，使開關(guān)能量分布在邊頻帶的范圍，且幅值受調(diào)制系數(shù)β的影響（調(diào)制系數(shù)β=Δf/fm，Δf為相鄰邊頻帶間隔，fm為調(diào)制頻率），一般β越大調(diào)制效果越好[2][3]，其控制波形如圖3(b)所示。

圖4即為一個根據(jù)調(diào)制頻率原理設(shè)計(jì)的控制電路。各種控制方法可以在不影響變換器工作特性的情況下，很好地抑制開通、關(guān)斷時(shí)的干擾。

圖4 一個典型的調(diào)制頻率控制電路

2.2 新的無源緩沖電路設(shè)計(jì)

開關(guān)變換器中電磁干擾是在開關(guān)管開關(guān)時(shí)刻產(chǎn)生的。以整流二極管為例，在開通時(shí)，其導(dǎo)通電流不僅引起大量的開通損耗，還產(chǎn)生很大的di/dt，導(dǎo)致電磁干擾；而在關(guān)斷時(shí)，其兩端的電壓快速升高，有很大的dv/dt，從而產(chǎn)生電磁干擾。緩沖電路不僅可以抑制開通時(shí)的di/dt、限制關(guān)斷時(shí)的dv/dt，還具有電路簡單、成本較低的特點(diǎn)，因而得到了廣泛應(yīng)用。但是傳統(tǒng)的緩沖電路中往往采用有源輔助開關(guān)，電路復(fù)雜不易控制，并有可能導(dǎo)致更高的電壓或電流應(yīng)力，降低了可靠性。因此許多新的無源緩沖器應(yīng)運(yùn)而生，以下分別予以總結(jié)介紹。2.2.1 二極管反向恢復(fù)電流抑制電路

對于圖5(a)的Boost電路，Q1開通后，D1將關(guān)斷。但由于此前D1上的電流為工作電流，要降為零，其dv/dt將很高。D1的關(guān)斷只能靠反向恢復(fù)電流尖峰，而現(xiàn)有的抑制二極管反向恢復(fù)電流的方法大多只適用于特定的變換器電路，而且只對應(yīng)某一種的輸入輸出模式，適用性很差。國外有人提出了圖5(b)的電路[6]，可以較好地解決這一缺陷。

圖5(b)的關(guān)鍵在于把一個輔助二極管（D2）、一個小的輔助電感（L2）與主功率電感（L1）的部分線圈串聯(lián)，然后與主二極管（D1）并聯(lián)。其工作原理是，在Q1開通時(shí)，利用輔助電感及輔助二極管構(gòu)成的輔助電路進(jìn)行分流，使主二極管D1上的電流降為零，并維持到Q1關(guān)斷。由于電感L2的作用，輔助二極管D2上的反向恢復(fù)電流是很小的，可以忽略。

(a)Boost電路

(b)二極管反向恢復(fù)電路

圖5 Boost電路及其二極管反向恢復(fù)電路

這種方法除了可用于一般的變換器電路，以限制主二極管的反向恢復(fù)電流，還可以用在輸入輸出整流二極管的恢復(fù)電流抑制上。圖6是這種應(yīng)用的舉例。這種技術(shù)應(yīng)用在一般的電源電路里，都可以獲得有效抑制反向恢復(fù)尖峰電流、降低EMI、減少損耗提高效率的效果。

(a)輸入整流電路

(b)輸出整流電路 圖6 輸入輸出整流二極管反向恢復(fù)電流抑制電路

2.2.2 無損緩沖電路

在變換器電路中，主二極管反向恢復(fù)時(shí)，會對開關(guān)管造成很大的電流、電壓應(yīng)力，引起很大的功耗，極易造成器件的損壞。為了抑制這種反向恢復(fù)電流，減少損耗，而提出了一種無損緩沖電路[5]，如圖7所示。

圖7 無損緩沖電路

其主要工作原理是，主開關(guān)Q開通時(shí)的di/dt應(yīng)力、關(guān)斷時(shí)的dv/dt應(yīng)力分別受L1、C1所限制，利用L1、C1、C2之間相互的諧振及能量轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對主二極管D反向恢復(fù)電流的抑制，使開關(guān)損耗、EMI大大減少。不僅如此，由于開通時(shí)C1上的能量轉(zhuǎn)移到C2，關(guān)斷時(shí)C2和L1上的能量轉(zhuǎn)移到負(fù)載，這種緩沖電路的損耗很低，效率很高。2.2.3 無源補(bǔ)償技術(shù)

傳統(tǒng)的共模干擾抑制電路如圖8所示。為了使通過濾波電容Cy流入地的漏電流維持在安全范圍，Cy的值都較小，相應(yīng)的扼流線圈LCM就變大，特別是由于LCM要傳輸全部的功率，其損耗、體積和重量都會變大。應(yīng)用無源補(bǔ)償技術(shù)，則可以在不影響主電路工作的情況下，較好地抑制電路的共模干擾，并可減少LCM、節(jié)省成本。

圖8 共模干擾濾波器 由于共模干擾是由開關(guān)器件的寄生電容在高頻時(shí)的dv/dt產(chǎn)生的，因此，用一個額外的變壓器繞組在補(bǔ)償電容上產(chǎn)生一個180°的反向電壓，產(chǎn)生的補(bǔ)償電流再與寄生電容上的干擾電流迭加，從而消除干擾。這就是無源補(bǔ)償?shù)脑怼?/p>

圖9(a)為加入補(bǔ)償電路的隔離式半橋電路。由于半橋、全橋電路常用于大功率場合，濾波電感LCM較大，所以補(bǔ)償?shù)男Ч麜黠@。該電路在變壓器上加了一個補(bǔ)償線圈Nc，匝數(shù)與原邊繞組一樣；補(bǔ)償電容CCOMP的大小則與寄生電容CPARA一樣。這樣一來，工作時(shí)的Nc使CCOMP產(chǎn)生一個與CPARA上干擾電流大小相同、方向相反的補(bǔ)償電流，迭加后消除了干擾電流。補(bǔ)償線圈不流過全部的功率，僅傳輸干擾電流，補(bǔ)償電路十分簡單。

同樣，對于圖9(b)中的正激式電路，利用其自身的磁復(fù)位線圈，可以更加方便地實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。無源補(bǔ)償技術(shù)還可以應(yīng)用于非隔離式的變換器電路中，如圖10所示，原理是一樣的。

(b)帶補(bǔ)償電路的正激電路

(a)帶補(bǔ)償電路的隔離式半橋電路

圖9 兩種無源補(bǔ)償電路

(a)Boost電路

(b)Buck電路

圖10 帶補(bǔ)償電路的非隔離式Boost、Buck電路

需要注意的是，無源補(bǔ)償技術(shù)有一定的應(yīng)用條件，它受開關(guān)電流、電壓的上升、下降時(shí)間，以及變壓器結(jié)構(gòu)等因素的影響，特別當(dāng)變壓器的線間耦合電容遠(yuǎn)大于寄生電容時(shí)，干擾電流不經(jīng)補(bǔ)償線圈而直接進(jìn)入大地，此時(shí)抑制效果就不很理想。3 結(jié)語

產(chǎn)生噪聲的來源很多，如外來干擾、機(jī)械振動、電路設(shè)計(jì)不當(dāng)、元器件選擇不當(dāng)以及結(jié)構(gòu)布局或布線不合理等。在開關(guān)變換器中，功率三極管和二極管在開－關(guān)過程中所產(chǎn)生的射頻能量是干擾的主要來源之一。由于頻率較高，或以電磁能的形式直接向空間輻射（輻射干擾），或以干擾電流的形式沿著輸入、輸出導(dǎo)線傳送（傳導(dǎo)干擾），其中后者的危害更為嚴(yán)重。

開關(guān)電源技術(shù)是一項(xiàng)綜合性技術(shù)，可以利用先進(jìn)的半導(dǎo)體電路設(shè)計(jì)技術(shù)、磁性材料、電感元件技術(shù)以及開關(guān)器件技術(shù)等來有效地減少和抑制EMI。目前，開關(guān)電源已日益廣泛地應(yīng)用到各種控制設(shè)備、通信設(shè)備以及家用電器中，其電磁干擾問題、及與其它電子設(shè)備的電磁兼容問題已日益成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)，未來電磁干擾及其相關(guān)問題必將得到更多的研究。