交流穩(wěn)壓電源的電磁兼容
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
因此，必須解決交流穩(wěn)壓電源在電磁環(huán)境中的適應(yīng)能力。電磁兼容性（EMC）是一門關(guān)于抗電磁干擾（EMI）影響的科學(xué)。目前，就世界范圍來說，電磁兼容性問題已經(jīng)形成一門新的學(xué)科。電磁兼容的中心課題是研究控制和消除電磁干擾，使交流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)與其它設(shè)備聯(lián)系在一起工作時(shí)，不引起設(shè)備或系統(tǒng)的任何部分的工作性能的惡化或降低。一個(gè)設(shè)計(jì)理想的電子設(shè)備或系統(tǒng)應(yīng)該既不輻射任何不希望的能量，又應(yīng)該不受任何不希望有的能量的影響。
1 電磁干擾源
電磁干擾是影響交流穩(wěn)壓電源電磁兼容性的主要因素，它是電磁兼容性設(shè)計(jì)中需要研究的主要內(nèi)容。
1.1內(nèi)部干擾
內(nèi)部干擾是指交流穩(wěn)壓電源內(nèi)部各元部件之間的相互干擾。首先應(yīng)使交流穩(wěn)壓電源設(shè)備內(nèi)部的電路互相不產(chǎn)生干擾。由于工作頻率比較高，數(shù)字電路和模擬電路混合設(shè)計(jì)的場(chǎng)合愈來愈多，大功率和高電壓部件產(chǎn)生的磁場(chǎng)、電場(chǎng)通過耦合影響其它部件造成干擾；設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部某些元件發(fā)熱，影響元件本身或其它元件的穩(wěn)定性造成干擾。交流穩(wěn)壓電源產(chǎn)生的電磁干擾強(qiáng)度低于特定的極限值，這對(duì)于計(jì)算機(jī)設(shè)備十分重要。計(jì)算機(jī)設(shè)備中的脈沖電流會(huì)干擾周圍的設(shè)備，特別是無線電設(shè)備，如不采取有效的抑制輻射措施，計(jì)算機(jī)會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常工作。要使設(shè)備對(duì)外界的電磁干擾有一定的抵抗能力，就必須提高設(shè)備在環(huán)境中承受周圍電磁干擾的能力，具備良好的電磁兼容效能穩(wěn)定性。
1.2外部干擾
外部干擾是指交流穩(wěn)壓電源外部因素對(duì)線路、設(shè)備的干擾。
外部的高電壓、電源通過絕緣漏電而干擾電子線路、設(shè)備或系統(tǒng)；外部大功率的設(shè)備在空間產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)，通過互感耦合干擾電子線路、設(shè)備或系統(tǒng)；空間電磁波對(duì)電子線路或系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾；工作環(huán)境溫度不穩(wěn)定，引起電子線路、設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部元器件參數(shù)改變?cè)斐傻母蓴_；由工業(yè)電網(wǎng)供電的設(shè)備和由電網(wǎng)電壓通過電源變壓器所產(chǎn)生的干擾。
2 電磁兼容性研究
2.1接地
接地目的有3個(gè)：
（1）接地使整個(gè)電路系統(tǒng)中的所有單元電路都有一個(gè)公共的參考零電位，保證電路系統(tǒng)能穩(wěn)定工作。
（2）防止外界電磁場(chǎng)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(duì)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(gè)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。
接地問題處理辦法：合理“接地”是減少“地”噪聲干擾的重要措施，必須予以特別注意。通常不管電源是誰供給，將地線匯集到公共點(diǎn)，然后和系統(tǒng)的公共端接在一起，所有電源1的負(fù)載都回到電源1公共端，所有的電源2負(fù)載都回到電源2的公共端，最后用一條粗導(dǎo)線將公共端連在一起。在多電源系統(tǒng)中，可能需要進(jìn)行判斷性試驗(yàn)，確定地線接法，以達(dá)到最佳的解決方案。
2.2 屏蔽
屏蔽就是對(duì)兩個(gè)空間區(qū)域之間進(jìn)行金屬的隔離，以控制電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁波由一個(gè)區(qū)域?qū)α硪粋€(gè)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(gè)系統(tǒng)的干擾源包圍起來，防止干擾電磁場(chǎng)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(chǎng)的影響。
因?yàn)槠帘误w對(duì)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(chǎng)，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。
3 其它抑制干擾方法
（1）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_頻譜成份不同于有用信號(hào)的頻率，濾波器對(duì)于這些與有用信號(hào)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(hào)進(jìn)入電路。對(duì)高頻電路可采用兩個(gè)電容器和一個(gè)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。
（2）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(gè)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。
（3）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)。
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(gè)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。
接地問題處理辦法：合理“接地”是減少“地”噪聲干擾的重要措施，必須予以特別注意。通常不管電源是誰供給，將地線匯集到公共點(diǎn)，然后和系統(tǒng)的公共端接在一起，所有電源1的負(fù)載都回到電源1公共端，所有的電源2負(fù)載都回到電源2的公共端，最后用一條粗導(dǎo)線將公共端連在一起。在多電源系統(tǒng)中，可能需要進(jìn)行判斷性試驗(yàn)，確定地線接法，以達(dá)到最佳的解決方案。
2.2 屏蔽
屏蔽就是對(duì)兩個(gè)空間區(qū)域之間進(jìn)行金屬的隔離，以控制電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁波由一個(gè)區(qū)域?qū)α硪粋€(gè)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(gè)系統(tǒng)的干擾源包圍起來，防止干擾電磁場(chǎng)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(chǎng)的影響。
因?yàn)槠帘误w對(duì)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(chǎng)，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。
3 其它抑制干擾方法
（1）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_頻譜成份不同于有用信號(hào)的頻率，濾波器對(duì)于這些與有用信號(hào)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(hào)進(jìn)入電路。對(duì)高頻電路可采用兩個(gè)電容器和一個(gè)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。
（2）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(gè)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。
（3）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(duì)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(hào)相等。這時(shí)的干擾噪聲是一個(gè)共態(tài)信號(hào)，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?，采用電路技術(shù)也是抑制和防止干擾的重要措施。
（4）塑料金屬化處理
近年來，交流穩(wěn)壓電源及電子儀器向著“輕、薄、短、小”和多功能、高性能及成本低方向發(fā)展。塑料機(jī)箱、塑料部件或面板廣泛地應(yīng)用于交流穩(wěn)壓電源上，于是外界電磁波很容易穿透外殼或面板，對(duì)儀器的正常工作產(chǎn)生有害的干擾，而儀器所產(chǎn)生的電磁波，也非常容易輻射到周圍空間，影響其它電子儀器的正常工作。為了使這種電子儀器能滿足電磁兼容性要求，人們?cè)趯?shí)踐中，研究出塑料金屬化處理的工藝方法，如濺射鍍鋅、真空鍍（Al）、電鍍或化學(xué)鍍銅、粘貼金屬箔（Cu或Al）和涂覆導(dǎo)電涂料等。
經(jīng)過金屬化處理之后，使完全絕緣的塑料表面或塑料本身（導(dǎo)電塑料）具有金屬那樣反射、吸收、傳導(dǎo)和衰減電磁波的特性，從而起到屏蔽電磁波干擾的作用。實(shí)際應(yīng)用中，采用導(dǎo)電涂料作屏蔽涂層，性能優(yōu)良而且價(jià)格適宜。在需要屏蔽的地方，做成一個(gè)封閉的導(dǎo)電殼體并接地，把內(nèi)外兩種不同的電磁波隔離開。實(shí)踐表明，若屏蔽材料能達(dá)到30～40dB以上衰減量的屏蔽效果時(shí)，就是實(shí)用、可行的。
（5）其他抑制措施
由于電子技術(shù)應(yīng)用廣泛，而且各種干擾設(shè)備的輻射很復(fù)雜，要完全消除電磁干擾是不可能的。但是，根據(jù)電磁兼容性原理，可以采取許多技術(shù)措施減小電磁干擾，使電磁干擾控制到一定范圍內(nèi)，從而保證系統(tǒng)或設(shè)備的兼容性，例如，通信系統(tǒng)最初設(shè)計(jì)時(shí)，就應(yīng)該嚴(yán)格進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)電波測(cè)試，有針對(duì)性地選擇頻率及極化方式，避開雷達(dá)、移動(dòng)通信等雜波干擾；高壓線選擇路徑時(shí)，應(yīng)盡量繞開無線電臺(tái)（站）或充分利用接收地段的地形、地物屏蔽；接收設(shè)備與工業(yè)干擾源設(shè)備適當(dāng)配置，使接收設(shè)備與各種工業(yè)干擾源離開一定距離；在微波通信電路設(shè)計(jì)中，為了減少干擾，可采用天線高低站方式調(diào)整微波電路反射點(diǎn)，并利用山頭阻擋反射波，使之不能對(duì)直射波形成干擾。另外，微波鐵塔是獨(dú)立的高大建筑物，應(yīng)采用完善的接地、屏蔽等避雷措施。
4 總結(jié)
保證設(shè)備的電磁兼容性是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)任務(wù)，對(duì)于這個(gè)問題不存在萬能的解決方法。電磁兼容技術(shù)涉及面很廣，電磁兼容性領(lǐng)域也正在發(fā)展，重要的是掌握有關(guān)電磁兼容的基本原理，認(rèn)真分析和試驗(yàn)，就能選擇合適的解決問題方法。
（4）塑料金屬化處理
近年來，交流穩(wěn)壓電源及電子儀器向著“輕、薄、短、小”和多功能、高性能及成本低方向發(fā)展。塑料機(jī)箱、塑料部件或面板廣泛地應(yīng)用于交流穩(wěn)壓電源上，于是外界電磁波很容易穿透外殼或面板，對(duì)儀器的正常工作產(chǎn)生有害的干擾，而儀器所產(chǎn)生的電磁波，也非常容易輻射到周圍空間，影響其它電子儀器的正常工作。為了使這種電子儀器能滿足電磁兼容性要求，人們?cè)趯?shí)踐中，研究出塑料金屬化處理的工藝方法，如濺射鍍鋅、真空鍍（Al）、電鍍或化學(xué)鍍銅、粘貼金屬箔（Cu或Al）和涂覆導(dǎo)電涂料等。
經(jīng)過金屬化處理之后，使完全絕緣的塑料表面或塑料本身（導(dǎo)電塑料）具有金屬那樣反射、吸收、傳導(dǎo)和衰減電磁波的特性，從而起到屏蔽電磁波干擾的作用。實(shí)際應(yīng)用中，采用導(dǎo)電涂料作屏蔽涂層，性能優(yōu)良而且價(jià)格適宜。在需要屏蔽的地方，做成一個(gè)封閉的導(dǎo)電殼體并接地，把內(nèi)外兩種不同的電磁波隔離開。實(shí)踐表明，若屏蔽材料能達(dá)到30～40dB以上衰減量的屏蔽效果時(shí)，就是實(shí)用、可行的。
（5）其他抑制措施
由于電子技術(shù)應(yīng)用廣泛，而且各種干擾設(shè)備的輻射很復(fù)雜，要完全消除電磁干擾是不可能的。但是，根據(jù)電磁兼容性原理，可以采取許多技術(shù)措施減小電磁干擾，使電磁干擾控制到一定范圍內(nèi)，從而保證系統(tǒng)或設(shè)備的兼容性，例如，通信系統(tǒng)最初設(shè)計(jì)時(shí)，就應(yīng)該嚴(yán)格進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)電波測(cè)試，有針對(duì)性地選擇頻率及極化方式，避開雷達(dá)、移動(dòng)通信等雜波干擾；高壓線選擇路徑時(shí)，應(yīng)盡量繞開無線電臺(tái)（站）或充分利用接收地段的地形、地物屏蔽；接收設(shè)備與工業(yè)干擾源設(shè)備適當(dāng)配置，使接收設(shè)備與各種工業(yè)干擾源離開一定距離；在微波通信電路設(shè)計(jì)中，為了減少干擾，可采用天線高低站方式調(diào)整微波電路反射點(diǎn)，并利用山頭阻擋反射波，使之不能對(duì)直射波形成干擾。另外，微波鐵塔是獨(dú)立的高大建筑物，應(yīng)采用完善的接地、屏蔽等避雷措施。
4 總結(jié)
保證設(shè)備的電磁兼容性是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)任務(wù)，對(duì)于這個(gè)問題不存在萬能的解決方法。電磁兼容技術(shù)涉及面很廣，電磁兼容性領(lǐng)域也正在發(fā)展，重要的是掌握有關(guān)電磁兼容的基本原理，認(rèn)真分析和試驗(yàn)，就能選擇合適的解決問題方法。
評(píng)論