电磁兼容理论第四章电磁兼容性控制.ppt

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第四章电磁兼容性控制,2011-03-09,4.1分析和解决电磁兼容性问题的一般方法4.2电磁骚扰的抑制策略4.3空间分离4.4时间分隔4.5频率划分和管制4.6电气隔离,电磁兼容性控制需采取的技术措施分两类：

第一类：

选用相互干扰最小、符合EMC要求的器件、部件、电路;合理布局、装配和组成设备或系统。

第二类：

考虑形成电磁干扰的三要素，实施屏蔽、滤波、接地和搭接等技术抑制和隔离电磁干扰。

控制电磁兼容性的技术措施紧密相连，相互影响，组合使用二者可以获得最佳效果。

例如:

选择合适的电路、设备和系统的信号电平、阻抗、工作频率和电路、设备的合理布局将会降低对屏蔽、滤波、接地的要求。

同样：

电路、设备和系统的良好接地又可以降低它们对屏蔽和滤波的技术要求；良好的接地、屏蔽还可以降低电路、设备和系统对滤波器的技术要求。

从系统电磁兼容性要求出发，采用并行和系统的电磁兼容性设计，全面、合理实施抑制电磁干扰的策略和技术措施，是保障电磁兼容性的前提。

1、干扰传输通道抑制

（1）屏蔽可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁屏蔽3种。

一般采取电磁屏蔽的方法来防止交变电磁场产生的干扰。

屏蔽有两个目的：

a、限制设备内辐射的电磁能量泄露到外部；b防止外来的辐射干扰进入设备，干扰设备的正常工作。

电场屏蔽法最简单的措施是在感应源与受感器之间用金属隔板接地,以抑制寄生电容耦合，实现电场屏蔽。

对电场干扰较强的，则用高导电率金属罩接地效果更好。

磁场屏蔽法磁场分低频磁场和高频磁场，针对不同磁场应采取不同措施。

a.对低频磁场可用高导磁材料做屏蔽体来实现磁场屏蔽，但被屏蔽的元器件在平行于磁场的方向不得出现缝隙，以避免漏磁。

b.对高频磁场由于存在电场分量和磁场分量，则要求采用电场屏蔽和磁场屏蔽同时进行。

但铁磁材料防高频磁场只限于100kHz以下，更高频的磁场还需采取特殊措施。

为防止缝隙、孔洞漏磁，要尽可能减少缝隙或增加缝隙深度，在孔洞处加盖金属罩，如有凸出的金属轴必须可靠接地或加装波导衰减器等。

当要屏蔽的磁场很强时，屏蔽材料会发生饱和，一旦发生饱和，就将丧失屏蔽效能。

遇到这种情况，可采用双层屏蔽，第一层采用低导磁率材料，不易饱和；第二层采用高导磁率材料，但易饱和。

第一层屏蔽先将磁场衰减到适当强度，使第二层屏蔽不会饱和，而使高导磁率材料能充分发挥屏蔽效果。

（2）滤波滤波技术是滤除电源干扰的有效措施。

一般来讲，电源污染形成的干扰最为常见。

随着电子技术的迅速发展，开关电源的应用日益普及。

为此，从消除开关电源产生的电磁干扰角度看，还应考虑采用EMI滤波器。

EMI滤波器的设计与传统滤波器不同，除了要对电磁干扰的高频带给以尽可能大的衰减外，还要求在截止频率下，尽量使电源、负载阻抗和滤波器相应元件阻抗接近，这样才能提高EMI滤波器的实际应用效果。

滤波器的正确安装方式也很重要，如在线路板上安装，电磁干扰直接进入滤波器，就会降低滤波效果，所以滤波器必须屏蔽。

（3）接地接地是电路、设备、系统工作的基本技术要求之一，也是防止干扰的最基本的方法之一。

因为接地可以使电路中的干扰电流回归大地，因此，正确的接地可以有效地抑制干扰信号对其它设备的影响。

接地、滤波和屏蔽3种基本方法都可以增强电磁设备的电磁兼容性，既可以单独采用实施，也可以相互补充采用。

譬如，设备的可靠接地可以防止静电干扰，而降低设备对屏蔽的要求；良好的电磁屏蔽能够有效防止电磁辐射干扰，可以适当放宽对滤波电路的要求。

从对总体的作用考虑，良好的接地可以降低干扰频率的能量；屏蔽能够隔离电磁辐射耦合的途径，降低辐射的能量；滤波则可以对通过电源传导的干扰能量进行衰减。

4.1分析和解决电磁兼容性问题的一般方法随着科技发展，电路、设备和系统越来越复杂，占用的频谱越来越宽；人们认识和解决干扰问题的能力提高，得分析和解决电路、设备和系统电磁兼容性问题的方法获得长足发展。

依据发展的时间顺序，依次是：

问题解决法规范法系统法,4.1.1问题解决法（TheProblem-solvingApproach）在建立电路、设备和系统之前不专门考虑EMC问题。

先进行研制，然后根据研制成的电路、设备和系统在装配、调试中出现的电磁干扰问题，应用各种抑制干扰的技术去解决。

是一种落后而冒险的方法。

因为设备或系统已经装配好，再去“解决”电磁干扰问题是很困难的。

为了解决问题，可能要进行大量的拆卸和修改，也许还要重新进行设计。

这不但造成人力和物力的浪费，延误电路、设备和系统的研制周期，而且会使电路、设备和系统的性能下降。

是一种比较落后的方法，它是在电磁兼容性理论不够完善、抑制电磁骚扰的方法不够系统、电磁兼容性分析预测尚未形成的历史条件下产生的，曾普遍被采用，目前仍然被部分工程技术人员所采用。

用问题解决法分析和解决电路、设备和系统的EMC问题，首先必须正确地确定骚扰源。

为做到这一点，要求从事EMC工作地工程师和技术人员比较全面地熟悉各种骚扰源的特性。

在调试、装配现场清楚地确定下列问题将有利于解决电磁骚扰问题。

干扰多久发生一次？

是连续的还是周期性的？

是否有规律？

干扰的频率是多少？

是否是周围电路、设备工作频率的谐波造成的？

干扰的幅度是多大？

干扰是宽带的还是窄带的？

确定了骚扰源后，再确定干扰的耦合途径是辐射耦合还是传导耦合，最终决定抑制、消除干扰的方法。

4.1.2规范法（TheSpecificationApproach）为了满足EMC要求，各国政府和工业部门尤其是军事部门都制定了许多强制执行的标准和规范。

如：

美国军用标准MILSTD461/2中国国家标准GB4824-1996工业、科学、医疗射频设备电磁骚扰特性的测量方法和限值随着电磁兼容性标准和规范的完善和发展，电磁兼容性的分析、设计方法发展成比较合理的“规范法”方法。

规范法是按照已经颁布的电磁兼容标准和规范进行设备和系统的设计、制造和装配。

该方法可以在一定程度上预防电磁干扰问题的出现，比问题解决法更为合理。

由于标准和规范不是针对某个设备和系统制定的，因此：

1.企图解决的问题不一定是要解决的问题，只是为了适应规范而已。

2.规范是建立在电磁兼容经验基础上的，没有进行电磁干扰的分析和预测，因而往往导致过量的预防贮备，可能使设备和系统的成本增加。

由于电磁兼容性标准和规范在一定程度上反映了设备或系统中存在的共性问题以及解决问题的规则，因此规范法对系统电磁兼容性的分析、设计提供了预见性和综合性，故与问题解决法相比，规范法较为合理和进步。

必须注意，使用满足电磁兼容性标准和规范的部件装配成的设备，不一定满足设备的电磁兼容性要求；使用满足电磁兼容性标准和规范的设备组成的系统，不一定满足系统的电磁兼容性要求。

4.1.3系统法（TheSystemApproach）是用计算机技术按预测程序针对某个特定设备或系统的设计方案进行EMC分析和预测。

系统法从设计阶段开始就用分析程序预测在设备、系统中将要遇到的那些电磁干扰问题，以保障设备和系统的电磁兼容性，并在设备或系统的设计、试验、制造、装配过程中不断对其电磁兼容性进行分析和预测。

若预测结果表明存在不兼容问题或存在太大的过量设计，则可以修改设计后再进行预测，直到预测结果表明完全合理，才进行硬件生产。

采用该方法基本上可以避免一般出现的电磁干扰问题和过量的电磁兼容性设计。

系统法集中了电磁兼容性控制方法的研究成就，采用系统法是现代电力、电子设备或系统设计、试验、制造、装配的总趋势。

基于系统法，美国开发并研制成功了飞行器机载电子系统的电磁兼容、电磁辐射和电磁泄漏的一些计算机软件。

例如：

SEMCAP、IAP、IPP。

运行时间一般在设备、系统设计早期考虑电磁兼容性设计，比较容易采取有效的技术措施，所需经费较少。

美国贝尔实验室分析论证：

在新产品设计阶段能把电磁干扰抑制在电路级、设备级或分系统级，就可以消除电磁干扰的8090；反之，如果在产品试制成功后，发现电磁干扰再来解决它，问题就显得困难多了，无论在抑制电磁干扰的技术上，还是在投资的费用以及体积、质量上都会成倍增长，使费效比上升。

返回,4.2电磁骚扰的抑制策略早期单纯的抗干扰方法在抑制电磁干扰的策略上比较简单，或者认识比较肤浅，主要的思路集中在怎样设法抑制电磁骚扰的传输上，哪里出现电磁干扰就在哪里就事论事地给予解决被动、依据经验、局部、单纯对抗式的解决方法。

EMC技术在抑制电磁骚扰的策略上则采用了主动预防、整体规划，“对抗”和“疏导”相结合的思想方法。

EMC控制是一项系统工程，在设备、系统的设计、研制、生产、使用与维护的各个阶段都必须充分考虑和认真实施电磁兼容性。

EMC标准和规范是实施电磁兼容性控制、抑制电磁干扰的组织措施。

先进、科学的电磁兼容工程管理也是电磁兼容性控制的重要组成部分。

就抑制电磁骚扰的方法而言，除了采用众所周知的电磁骚扰传输的技术措施，如屏蔽、滤波、接地、搭接、合理布线等方法以外，还可以采取回避和疏导的技术处理。

有时这些回避和疏导技术简单、巧妙，可以替代成本昂贵、体积和质量较大的抑制电磁骚扰的装置，收到事半功倍的效果。

在抑制电磁骚扰的时机选择上，建议从问题解决法转移到系统法。

预先全面规划电路、设备和系统的EMC实施细则和步骤，检验、计算电磁兼容性，做到防患于未然，把电磁兼容性设计和可靠性设计、维护性和维修性设计、基本功能设计、结构设计等同时进行，并行展开。

P71表4-1列出电磁兼容性控制策略和电磁骚扰抑制方法的分类情况。

分类：

传输途径抑制：

滤波、屏蔽、接地、搭接、布线；空间分离：

地点位置控制、自然地形隔离、方位角控制、电磁场矢量方向控制；时间分隔：

时间共用准则、雷达脉冲同步、主动时间分隔、被动时间分隔；频域管理：

频谱管制、滤波、频率调制、数字传输、光电转换电气隔离：

变压器隔离、光电隔离、继电器隔离、DC/DC变换、电动-发电机组,4.3空间分离地点和位置的选择、自然建筑物的隔离，设备安装角度控制、电场和磁场矢量方向控制。

即采取回避和疏通的技术处理，合理的利用建筑物形成的自然隔离，选择恰当的安装位置和方向，最大限度地控制电磁兼容性不好的设备带来的干扰。

例如，在安装监测仪时就必须合理选择发射与接收支架的方向，并且尽可能地远离电梯、电视和计算机。

空间分离是抑制空间辐射骚扰和感应耦合骚扰的有效方法。

通过加大骚扰源和接受器（敏感设备）之间的空间距离，使骚扰电磁场到达敏感设备时其强度已衰减到低于接受设备敏感度门限，从而达到抑制电磁干扰的目的。

由电磁场理论可知：

在近区感应场中，场强分布按1/r3衰减；远区辐射场的场强分布按1/r减小。

因此，空间分离实质上是利用干扰源的电磁场特性有效地抑制电磁骚扰。

空间分离也包括在空间有限的情况下，对骚扰源辐射方向的方位调整、骚扰源电场矢量与磁场矢量的空间取向控制。

如：

舰船、飞机和导弹上有许多通信设施，由于空间条件的限制，它们只能安装在有限的空间范围内，为了避免天线间的相互干扰，常用控制天线方向图的方位角来实现空间分离；为了使电子设备外壳内的电源变压器铁芯泄漏的低频磁场不在印刷电路板中产生感应电动势，应该调整变压器的空间位置，使印制电路板上的印制线与变压器泄漏磁场方向平行。

4.4时间分离时间共用准则就是把干扰与被干扰设备分时间段开启，避免在同一时间段，同时使用互相干扰的设备。

当骚扰源非常强不易采用其它方法可靠抑制时，通常采用时间分隔的方法，使有用信号在骚扰信号停止发射的时间内传输；或者当强骚扰信号发射时，使易受骚扰的敏感设备短时关闭，以避免遭受损害。

人们把这种方法称为时间分隔控制或时间回避控制、时间分隔控制有两种形式：

一种是主动时间分隔，适用于有用信号出现时间和干扰信号出现时间有确定先后关系的情况；另一种是被动时间分隔，它是按照干扰信号与有用信号出现的特征使其中某一信号迅速关闭，从而达到时间上不重合、不覆盖的控制要求。

1.对于有用信号出现时间与干扰信号出现时间有确定先后关系的情况，采用主动时间分隔方式。

若有用信号先出现，应提前发送有用信号，或者加快有用信号的传输速度，使有用信号在干扰信号出现之前尽快传输完毕；若有用信号出现在干扰信号之后，可采用延迟发射电路让干扰