电源电子设备的电磁兼容

电源电子设备的电磁兼容１引言随着电子技技术的迅速发发展，现代的的电子设备已已广泛地应用用于人类生活活的各个领域域。当前，电电子设备已处处于飞速发展展的时期，并并且这个发展展过程仍以日日益增长的速速度持续着。电电子设备的广广泛应用和发发展，必然导导致它们在其其周围空间产产生的电磁场场电平的不断断增加。也就就是说，电子子设备不可避避免地在电磁磁环境（EME）中工作。因因此，必须解解决电子设备备在电磁环境境中的适应能能力。电磁兼兼容性（EMC）是一门关关于抗电磁干干扰（EMI）影响的科科学。目前，就就世界范围来来说，电磁兼兼容性问题已已经形成一门门新的学科。电电磁兼容的中中心课题是研研究控制和消消除电磁干扰扰，使电子设设备或系统与与其它设备联联系在一起工工作时，不引引起设备或系系统的任何部部分的工作性性能的恶化或或降低。一个个设计理想的的电子设备或或系统应该既既不辐射任何何不希望的能能量，又应该该不受任何不不希望有的能能量的影响。２电磁干扰源的的分类各种形式的的电磁干扰是是影响电子设设备电磁兼容容性的主要因因素，因此，它它是电磁兼容容性设计中需需要研究的重重要内容。2－1内部干干扰内部干扰是是指电子设备备内部各元部部件之间的相相互干扰，包包括以下几种种。（1）工作作电源通过线线路的分布电电容和绝缘电电阻产生漏电电造成的干扰扰；(与工作频率率有关)（2）信号号通过地线、电电源和传输导导线的阻抗互互相耦合，或或导线之间的的互感造成的的干扰；（3）设备备或系统内部部某些元件发发热，影响元元件本身或其其它元件的稳稳定性造成的的干扰；（4）大功功率和高电压压部件产生的的磁场、电场场通过耦合影影响其它部件件造成的干扰扰。2－2外部干干扰外部干扰是是指电子设备备或系统以外外的因素对线线路、设备或或系统的干扰扰，包括以下下几种。（1）外部部的高电压、电电源通过绝缘缘漏电而干扰扰电子线路、设设备或系统；；（2）外部部大功率的设设备在空间产产生很强的磁磁场，通过互互感耦合干扰扰电子线路、设设备或系统；；（3）空间间电磁波对电电子线路或系系统产生的干干扰；（4）工作作环境温度不不稳定，引起起电子线路、设设备或系统内内部元器件参参数改变造成成的干扰；（5）由工工业电网供电电的设备和由由电网电压通通过电源变压压器所产生的的干扰。３干扰的传递途途径当干扰源的的频率较高、干干扰信号的波波长又比被干干扰的对象结结构尺寸小，或或者干扰源与与被干扰者之之间的距离r>>λ／2π时，则干扰扰信号可以认认为是辐射场场，它以平面面电磁波形式式向外副射电电磁场能量进进入被干扰对对象的通路。（2）干扰扰信号以漏电电和耦合形式式，通过绝缘缘支承物等（包包括空气）为为媒介，经公公共阻抗的耦耦合进入被干干扰的线路、设设备或系统。如果干扰源源的频率较低低，干扰信号号的波长λ比被干扰对对象的结构尺尺寸长，或者者干扰源与干干扰对象之间间的距离r<<λ／2π，则干扰源源可以认为是是似稳场，它它以感应场形形式进入被干干扰对象的通通路。（3）干扰扰信号可以通通过直接传导导方式引入线线路、设备或或系统。４电磁兼容性设设计的基本原原理４－１接地接地是电子子设备的一个个很重要问题题。接地目的的有三个：（1）接地地使整个电路路系统中的所所有单元电路路都有一个公公共的参考零零电位，保证证电路系统能能稳定地干作作。（2）防止止外界电磁场场的干扰。机机壳接地可以以使得由于静静电感应而积积累在机壳上上的大量电荷荷通过大地泄泄放，否则这这些电荷形成成的高压可能能引起设备内内部的火花放放电而造成干干扰。另外，对对于电路的屏屏蔽体，若选选择合适的接接地，也可获获得良好的屏屏蔽效果。（3）保证证安全工作。当当发生直接雷雷电的电磁感感应时，可避避免电子设备备的毁坏；当当工频交流电电源的输入电电压因绝缘不不良或其它原原因直接与机机壳相通时，可可避免操作人人员的触电事事故发生。此此外，很多医医疗设备都与与病人的人体体直接相连，当当机壳带有110V或220V电压时，将将发生致命危危险。因此，接地地是抑制噪声声防止干扰的的主要方法。接接地可以理解解为一个等电电位点或等电电位面，是电电路或系统的的基准电位，但但不一定为大大地电位。为为了防止雷击击可能造成的的损坏和工作作人员的人身身安全，电子子设备的机壳壳和机房的金金属构件等，必必须与大地相相连接，而且且接地电阻一一般要很小，不不能超过规定定值。电路的接地地方式基本上上有三类，即即单点接地、多多点接地和混混合接地。单单点接地是指指在一个线路路中，只有一一个物理点被被定义为接地地参考点。其其它各个需要要接地的点都都直接接到这这一点上。多多点接地是指指某一个系统统中各个接地地点都直接接接到距它最近近的接地平面面上，以使接接地引线的长长度最短。接接地平面，可可以是设备的的底板，也可可以是贯通整整个系统的地地导线，在比比较大的系统统中，还可以以是设备的结结构框架等等等。混合接地地是将那些只只需高频接地地点，利用旁旁路电容和接接地平面连接接起来。但应应尽量防止出出现旁路电容容和引线电感感构成的谐振振现象。４－２屏面屏蔽就是对对两个空间区区域之间进行行金属的隔离离，以控制电电场、磁场和和电磁波由一一个区域对另另一个区域的的感应和辐射射。具体讲，就就是用屏蔽体体将元部件、电电路、组合件件、电缆或整整个系统的干干扰源包围起起来，防止干干扰电磁场向向外扩散；用用屏蔽体将接接收电路、设设备或系统包包围起来，防防止它们受到到外界电磁场场的影响。因为屏蔽体体对来自导线线、电缆、元元部件、电路路或系统等外外部的干扰电电磁波和内部部电磁波均起起着吸收能量量（涡流损耗耗）、反射能能量（电磁波波在屏蔽体上上的界面反射射）和抵消能能量（电磁感感应在屏蔽层层上产生反向向电磁场，可可抵消部分干干扰电磁波）的的作用，所以以屏蔽体具有有减弱干扰的的功能。屏蔽体材料料选择的原则则是：（1）当干干扰电磁场的的频率较高时时，利用低电电阻率（高电电导率）的金金属材料中产产生的涡流（P=I2R，电阻率越越低（电导率率越高），消消耗的功率越越大），形成成对外来电磁磁波的抵消作作用，从而达达到屏蔽的效效果。（2）当干干扰电磁波的的频率较低时时，要采用高高导磁率的材材料，从而使使磁力线限制制在屏蔽体内内部，防止扩扩散到屏蔽的的空间去。（3）在某某些场合下，如如果要求对高高频和低频电电磁场都具有有良好的屏蔽蔽效果时，往往往采用不同同的金属材料料组成多层屏屏蔽体。４－３其它抑抑制干扰方法法（1）滤波波滤波是抑制制和防止干扰扰的一项重要要措施。滤波波器可以显著著地减小传导导干扰的电平平，因为干扰扰频谱成份不不等于有用信信号的频率，滤滤波器对于这这些与有用信信号频率不同同的成份有良良好的抑制能能力，从而起起到其它干扰扰抑制难以起起到的作用。所所以，采用滤滤波网络无论论是抑制干扰扰源和消除干干扰耦合，或或是增强接收收设备的抗干干扰能力，都都是有力措施施。用阻容和和感容去耦网网络能把电路路与电源隔离离开，消除电电路之间的耦耦合，并避免免干扰信号进进入电路。对对高频电路可可采用两个电电容器和一个个电感器（高高频扼流圈）组组成的CLCMπ型滤波器。滤滤波器的种类类很多，选择择适当的滤波波器能消除不不希望的耦合合。（2）正确确选用无源元元件实用的无源源元件并不是是“理想”的，其特性性与理想的特特性是有差异异的。实用的的元件本身可可能就是一个个干扰源，因因此正确选用用无源元件非非常重要。有有时也可以利利用元件具有有的特性进行行抑制和防止止干扰。（3）电路路技术有时候采用用屏蔽后仍不不能满足抑制制和防止干扰扰的要求，可可以结合屏蔽蔽，采取平衡衡措施等电路路技术。平衡衡电路是指双双线电路中的的两根导线与与连接到这两两根导线的所所有电路，对对地或对其它它导线都具有有相同的阻抗抗。其目的在在于使两根导导线所检拾到到的干扰信号号相等。这时时的干扰噪声声是一个共态态信号，可在在负载上自行行消失。另外外，还可采用用其它一些电电路技术，例例如接点网络络，整形电路路，积分电路路和选通电路路等等。总之之，采用电路路技术也是抑抑制和防止干干扰的重要措措施。5电磁兼容性性问题的规范范和标准干扰特别委委员会（CISPR），主要研研究无线电系系统中干扰噪噪声的测量。1976年，CISPR开始制订电电磁干扰的EMI标准。1900年10月在几经修修订基础上公公布再版标准准，随后该委委员会还与国国际无线通信信资询委员会会一起审议，为为电子产品电电磁兼容性的的检测制订数数据要求及具具体方法。制制订了以信息息技术装置噪噪声为对象的的“工业、科学学及医疗用无无线电仪器的的干扰特性允允许值及其测测量方法”（标准11号）；“车辆、机动动船和火花点点火发动驱动动装置无线电电干扰特性的的测量方法及及允许值”（标准12号）；“无线电和电电视接收机的的无线电干扰扰特性的测量量方法及允许许值”（标准13号）等。直直至1992年中期，国国际EMI标准才最终终完善起来。CISPR推荐的容限限已为世界上上许多国家所所采纳，并作作为其国家条条例的基础。无线电发射射机功率电平平是影响周围围无线电电子子设备，产生生干扰电平的的一个重要因因素。因此无无线电发射机机功率电平应应该受到限制制。例如，根根据无线电通通信咨询委员员会357-1号建议，在在卫星通信系系统和地面微微波中继通信信线路共同使使用的（5800～8100MMHz）频段上，当当给到天线上上的功率不超超过13dBW时，应该限限制微波中继继通信线路的的发射机有效效辐射功率（即即发射机功率率和天线增益益的乘积）数数值为55dBW。建议同时时限制卫星通通信的地面站站的功率及通通信卫星辐射射功率通量密密度。许多其其它的无线电电业务，例如如业余无线电电爱好者的，移移动通信系统统等的发射机机功率的最大大值也应该受受到限制。频率规划在在全国和全世世界范围内已已被广泛采用用，是提高射射频资源利用用率的一种途途径，也是保保证无线电电电子设备电磁磁兼容性的重重要措施之一一。因此应严格按照照国际协议（无无线电频率分分配表）和全全国文件，实实行国家、地地区的频带划划分和业务之之间的频带分分配。根据频频率—空间分配的的原理进行无无线频道分配配。频率规划划必须保证每每个无线电电电子设备干扰扰电平最小，或或消除干扰，由由国家无线电电管理委员会会负责协调。近年来，我我国许多部门门都在开展电电磁兼容性的的试验研究和和有关技术标标准的制定工工作，制定了了一系列标准准和规范。例例如，国家标标准GB39007-83为工业无线线电干扰基本本测量方法；；GB48224.1-884为工业、科科学和医疗射射频设备无线线电干扰允许许值；GB62779-86为车辆、机机动船和火花花点火发动机机驱动装置无无线电特性测测量方法及允允许值等。国国家无线电管管理委员会对对工、科、医医等电子设备备的使用频率率、带宽和最最大辐射场强强都作出了具具体规定。这这对保证电子子设备的正常常工作和人民民的正常生活活以及促进现现代科学技术术更迅速发展展，都起了重重要的作用。6一些典型电电磁兼容性问问题的解决由于电子技技术在各行各各业中的广泛泛应用，在人人类活动的空空间无处不充充斥着电磁波波，因此，电电子设备不解解决电磁波干干扰问题，就就不能兼容工工作。在实际际应用中，人人们在研究抗抗干扰技术方方面也积累了了大量的经验验，不断地研研究出许多实实用的方法来来消除电磁干干扰。实验发现汽汽车工作时，电电磁干扰相当当突出，严重重时会损坏电电子元器件。因因此，汽车电电子设备的电电磁环境最为为恶劣，汽车车电子设备的的电磁兼容性性问题也特别别受到人们的的重视。汽车车点火所产生生的高频辐射射最为突出。日日本和美国等等先进国家的的环保部门为为防止汽车电电气噪声对环环境的污染，规规定只能使用用带阻尼（如如碳芯）的屏屏蔽线作为点点火线，实践践表明这是很很有效的措施施。为了解决微微电技术，尤尤其是计算机机在汽车上的的应用和推广广，根据需要要和实际要求求，可以设计计出效果良好好的滤波电路路，置于前级级可使大多数数因传导而进进入系统的干干扰噪声消除除在电路系统统的入口处；；可以设置隔隔离电路，如如变压器隔离离和光电隔离离等解决通过过电源线、信信号线和地线线进入电路的的传导干扰，同同时阻止因公公共阻抗、长长线传输而引引起的干扰；；也可以设置置能量吸收回回路，从而减减少电路、器器件吸收的噪噪声能量；或或通过选择元元器件和合理理安排电路系系统，使干扰扰的影响减小小。微机设备的的软件抗干扰扰主要是稳定定内存数据和和保证程序指指针。微机是是一个可编程程控制装置，软软件可以支持持和加强硬件件的抗干扰能能力。如果微微机系统中随随机内存RAM主要用于测测量和控制时时数据的暂时时存放，内存存空间较小，对对存放的数据据而言，若将将采集到的几几组数据求平平均值作为采采样结果，可可避免在采集集时因干扰而而破坏了数据据的真实性；；如果存放在在随机内存中中的数据因干干扰而丢失或或者数据发生生变化，可以以在随机内存存区设置检验验标志；为了了减少干扰对对随机内存区区的破坏，可可在随机存储储器芯片的写写信号线上加加触发装置，只只有在CPU写数据时才才发。软件抗抗干扰的措施施也很多，如如数字滤波程程序、抗窄脉脉冲的延时程程序、逻辑状状态的真伪判判别等。有时时候，必须采采用软件和硬硬件相结合的的办法才能抑抑制干扰，常常用的办法是是设置一个定定时器，从而而保护程序正正常运行。近年来，电电子仪器向着着“轻、薄、短短、小”和多功能、高高性能及成本本低方向发展展。塑料机箱箱、塑料部件件或面板广泛泛地应用于电电子仪器上，于于是外界电磁磁波很容易穿穿透外壳或面面板，对仪器器的正常工作作产生有害的的干扰，而仪仪器所产生的的电磁波，也也非常容易辐辐射到周围空空间，影响其其它电子仪器器的正常工作作。为了使这这种电子仪器器能满足电磁磁兼容性要求求，人们在实实践中，研究究出塑料金属属化处理的工工艺方法，如如溅射镀锌、真真空镀（AL）、电镀或或化学镀铜、粘粘贴金属箔（Cu或AL）和涂覆导导电涂料等。经经过金属化处处理之后，使使完全绝缘的的塑料表面或或塑料本身（导导电塑料）具具有金属那样样反射（如手手机）。吸收收、传导和衰衰减电磁波的的特性，从而而起到