電磁兼容控制技術(shù)
2018-11-07 來自: 百度 瀏覽次數(shù):460
眾所周知,屏蔽、濾波、合理接地合理布局等抑制干擾的措施都是很有效的,在工程實(shí)踐中被廣泛采用。但是隨著用電子系統(tǒng)的集成化、綜合化,以上措施的應(yīng)用往往會(huì)與成本、質(zhì)量、功能要求產(chǎn)生矛盾,必須權(quán)衡利弊研究出zui合理的措施來滿足電磁兼容性要求。又如新的導(dǎo)電和屏蔽材料以及工藝方法的出現(xiàn),使電磁兼容性控制技術(shù)又有了新的措施,可見電磁兼容控制技術(shù)始終是電磁兼容科學(xué)中zui活躍的研究課題。
1. 電磁干擾的控制策略
電磁兼容學(xué)科是在早期單純的抗干擾方法基礎(chǔ)上發(fā)展形成的,兩者的目標(biāo)都是為了使設(shè)備和系統(tǒng)達(dá)到在共存的環(huán)境中互不發(fā)生干涉,zui大限度地發(fā)揮其工作效率。但是早期的抗干擾方法和現(xiàn)代的電磁兼容技術(shù)在控制電磁干擾策略思想上有著本質(zhì)的差別。
單純的抗干擾方法在抑制干擾的思想方法上比較簡(jiǎn)單,或者認(rèn)識(shí)比較膚淺,主要的思路集中在怎樣設(shè)法抑制干擾的傳播上,因此工程技術(shù)人員處于極為被動(dòng)的地位,那里有干擾就在哪里就事論事的給予解決,當(dāng)然經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師也會(huì)采取預(yù)防措施,但這僅僅是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)局部的應(yīng)用,解決問題的方法也是單純的對(duì)抗式的措施。
電磁兼容技術(shù)在控制干擾的策略上采取了主動(dòng)預(yù)防、整體規(guī)劃和“對(duì)抗”與“疏導(dǎo)”相結(jié)合的方針。人類在征服大自然各種災(zāi)難性危害中,總結(jié)出的預(yù)防和救治、對(duì)抗和疏導(dǎo)等一系列策略,在控制電磁危害中同樣是極其有效的思維方法。
首先電磁兼容性控制是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,應(yīng)該在設(shè)備和系統(tǒng)設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)、使用與維護(hù)的各階段都充分的予以考慮和實(shí)施才可能有效??茖W(xué)而的電磁兼容工程管理是有效控制技術(shù)的重要組成部分。
在控制方法,除了采用眾所周知的抑制干擾傳播的技術(shù),如屏蔽、接地、答接、合理布線等方法以外,還可以采取回避和疏導(dǎo)的技術(shù)處理,如空間方位分離、頻率劃分與回避、濾波、吸收和旁路等等,有時(shí)這些回避和疏導(dǎo)技術(shù)簡(jiǎn)單而巧妙,可以代替成本費(fèi)用昂貴而質(zhì)量體積較大的硬件措施,收到事半功倍的效果。他們是精明的工程師們經(jīng)常采用的控制方法。
在解決電磁干擾問題的時(shí)機(jī)上,應(yīng)該由設(shè)備研制后期暴露出不兼容問題而采取挽救修補(bǔ)措施的被動(dòng)控制方法,轉(zhuǎn)變成在設(shè)備設(shè)計(jì)初始階段就開展預(yù)測(cè)分析和設(shè)計(jì),預(yù)先檢驗(yàn)計(jì)算,并規(guī)劃實(shí)施細(xì)則和步驟,做到防患于未然。把電磁兼容性設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì),維護(hù)性、維修性設(shè)計(jì)與產(chǎn)品的基本功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行,并行開展。電磁兼容控制技術(shù)是現(xiàn)代并行工程的組成內(nèi)容之一。
電磁兼容控制策略與控制技術(shù)方案可分為如下幾類:
(1)傳輸通道抑制: 具體方法有濾波、屏蔽、答接、接地、布線。
(2)空間分離: 地點(diǎn)位置控制、自然地形隔離、方位角控制、電場(chǎng)矢量方向方向控制。
(3)時(shí)間分隔: 時(shí)間共用準(zhǔn)則、雷達(dá)脈沖同步、主動(dòng)時(shí)間分隔、被動(dòng)時(shí)間分隔。
(4)頻率管理: 頻率管制、濾波、頻率調(diào)制、數(shù)字傳輸、光電轉(zhuǎn)換。
(5)電氣隔離: 變壓器隔離、光電隔離、繼電器主理、DC/DC變換。
2. 電磁屏蔽技術(shù)
電磁屏蔽就是以金屬隔離的原理來控制電磁干擾由一個(gè)區(qū)域向另一區(qū)域感應(yīng)和輻射傳播的方法。
屏蔽一般分為兩種類型:一類是靜電屏蔽,主要用于防治靜電場(chǎng)和恒定磁場(chǎng)的影響,另一類是電磁屏蔽,主要用于防止交變電場(chǎng)、交變磁場(chǎng)以及交變電磁場(chǎng)的影響。
靜電屏蔽應(yīng)具有兩個(gè)基本要點(diǎn),即完善的屏蔽體和良好的接地。
電磁屏蔽不但要求有良好的接地,而且要求屏蔽體具有良好的導(dǎo)電連續(xù)性,對(duì)屏蔽體的導(dǎo)電性要求要比靜電屏蔽高得多。
因而為了滿足電磁兼容性要求,常常用高導(dǎo)電性的材料作為屏蔽材料,如銅板、銅箔、鋁板、鋁箔、鋼板或金屬鍍層、導(dǎo)電涂層。
在實(shí)際的屏蔽中,電磁屏蔽效能更大程度上依賴于機(jī)箱的結(jié)構(gòu),即導(dǎo)電的連續(xù)性。機(jī)箱上的接縫、開口等都是電磁波的泄漏源。穿過機(jī)箱的電纜也是造成屏蔽效能下降的主要原因。
解決機(jī)箱縫隙電磁泄漏的方式是在縫隙處用電磁密封襯墊。電磁密封襯墊是一種導(dǎo)電的彈性材料,它能夠保持縫隙處的導(dǎo)電連續(xù)性。常見的電磁密封襯墊有導(dǎo)電橡膠、雙重導(dǎo)電橡膠、金屬編織網(wǎng)套、螺旋管襯墊、定向金屬導(dǎo)電橡膠等。
機(jī)箱上開口的電磁泄漏與開口的形狀、輻射源的特性和輻射源到開口處的距離有關(guān)。通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)開口尺寸和輻射源到開口的距離能夠改善屏蔽效能的要求。
通風(fēng)口可使用穿孔金屬板,只要孔的直徑足夠小,就能夠達(dá)到所要求的屏蔽效能。當(dāng)對(duì)通風(fēng)量的要求高時(shí),必須使用截止波導(dǎo)通風(fēng)板(蜂窩板),否則不能兼顧屏蔽和通風(fēng)量的要求。如果對(duì)屏蔽要求不高,并且環(huán)境條件較好,可以使用鋁箔制成的蜂窩板。這種產(chǎn)品的價(jià)格低,但強(qiáng)度差,容易損壞。如果對(duì)屏蔽的要求高,或環(huán)境惡劣(如軍用環(huán)境),則要使用銅制或鋼制蜂窩板,這種產(chǎn)品各方面性能優(yōu)越,但價(jià)格高昂。
諸如計(jì)算機(jī)顯示屏等,即要滿足視覺需要,又要滿足防電磁泄漏要求。通常在顯示屏前加裝高性能屏蔽視窗。
屏蔽機(jī)箱上絕不允許有導(dǎo)線直接穿過。當(dāng)導(dǎo)線必須穿過機(jī)箱時(shí),要使用適當(dāng)?shù)臑V波器,或?qū)?dǎo)線進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠帘巍?/p>
3. 干擾抑制濾波技術(shù)
濾波技術(shù)的基本用途是選擇信號(hào)和抑制干擾,為實(shí)現(xiàn)這兩大功能而設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)都稱為濾波器。通常按功用可把濾波器分為信號(hào)選擇濾波器和電磁干擾(EMI)濾波器兩大類。
信號(hào)選擇濾波器是以有效去除不需要的信號(hào)分量,同時(shí)是對(duì)被選擇信號(hào)的幅度相位影響zui小的濾波器。
電磁干擾濾波器是以能夠有效抑制電磁干擾為目標(biāo)的濾波器。電磁干擾濾波器常常又分為信號(hào)線EMI濾波器、電源EMI濾波器、印刷電路板EMI濾波器、反射EMI率波器、隔離EMI濾波器等幾類。
線路板上的導(dǎo)線是zui有效的接收和輻射天線,由于導(dǎo)線的存在,往往會(huì)使線路板上產(chǎn)生過強(qiáng)的電磁輻射。同時(shí),這些導(dǎo)線又能接受外部的電磁干擾,使電路對(duì)干擾很敏感。在道線上使用信號(hào)濾波器是一個(gè)解決高頻電磁干擾輻射和接收很有效的方法。脈沖信號(hào)的高頻成分很豐富,這些高頻成分可以借助導(dǎo)線輻射,使線路板的輻射超標(biāo)。信號(hào)濾波器的使用可使脈沖信號(hào)的高頻成分大大減少,由于高頻信號(hào)的輻射效率較高,這個(gè)高頻成分的減少,線路板的輻射將大大改善。
電源線是電磁干擾傳入設(shè)備和傳出設(shè)備主要途徑。通過電源線,電網(wǎng)上的干擾可以傳入設(shè)備,干擾設(shè)備的正常工作。同樣,設(shè)備的干擾也可以通過電源線傳導(dǎo)電網(wǎng)上,對(duì)網(wǎng)上其他設(shè)備造成干擾。為了防止這兩種情況的發(fā)生,必須在設(shè)備的電源入口處安裝一個(gè)低通濾波器,這個(gè)濾波器只容許設(shè)備的工作頻率(50Hz,60Hz,400Hz)通過,而對(duì)較高頻率的干擾有很大的損耗,由于這個(gè)濾波器專門用于設(shè)備電源線上,所以稱為電源線濾波器。
電源線上的干擾電路以兩種形式出現(xiàn)。一種是在火線零線回路中,其干擾被稱為差模干擾。另一種是在和火線、零線與地線和大地的回路中,稱為共模干擾。通常200Hz以下時(shí),差模干擾成分占主要部分。1MHz以上時(shí),共模干擾成分占主要成分。電源濾波器對(duì)差模干擾和共模干擾都有抑制作用,但由于電路結(jié)構(gòu)不同,對(duì)差模干擾和共模干擾的抑制效果不一樣。所以濾波器的技術(shù)指標(biāo)中有差模插入損耗和共模插入損耗之分。