電子產(chǎn)品電磁兼容與防護(hù)技術(shù)應(yīng)用研究

王慧　秦清松　陳乃闊　耿士華

一、前言

伴隨我們國家經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展以及居民生活水平不斷提高，我們的生活中已經(jīng)有愈加繁多的電氣設(shè)備和電子產(chǎn)品的參與，人們生存空間里面存在的電磁能量也在持續(xù)增加，而電磁對我們生活所造成的影響也日益增大。怎樣在如此復(fù)雜的電磁環(huán)境里面，解決各種設(shè)備之間正常運(yùn)行同惡劣的電磁環(huán)境對人們生活造成的影響，成為現(xiàn)如今迫切需要解決的問題。

二、電磁兼容設(shè)計(jì)概述

依照電磁兼容三要素，降低電磁干擾影響需要通過屏蔽、濾波、接地、隔離等等方法配合才能實(shí)現(xiàn)。從源頭控制EMI干擾的產(chǎn)生是設(shè)計(jì)之根本，降低EMI干擾源電磁發(fā)射可以通過研究電磁噪聲幅值技術(shù)以及對擾源如何進(jìn)行屏蔽、濾波以及接地處理等。屏蔽技術(shù)是通過導(dǎo)電材料把干擾源同外界分隔開，原理等同法拉第電磁籠，以此避免干擾源對外界造成電磁干擾；濾波是通過在干擾源輸出端搭建濾波電路，為噪聲電流提供低阻返回路徑，降低環(huán)路干擾對外界的影響；接地的本質(zhì)是為信號(hào)設(shè)置低阻抗返回路徑，如靜電泄放、安全保護(hù)以及信號(hào)參考等。

三、常見電磁干擾源和特性

如果想要解決電磁干擾這一問題，那么就很有必要去認(rèn)識(shí)常見的電磁干擾源。電磁干擾按照形成機(jī)理可從自然因素以及人為因素劃分成兩類。大氣放電是我們經(jīng)常能夠見到自然干擾源，大氣放電主要以雷電形式表現(xiàn)，在雷電放電過程中，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場，這種電磁場會(huì)對電子設(shè)備產(chǎn)生干擾，輕者導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，重者導(dǎo)致硬件損壞。此外，太陽系還經(jīng)常出現(xiàn)強(qiáng)烈電磁現(xiàn)象，這種情況下它以及太陽系附近行星都將發(fā)出輻射對電子設(shè)備、電子產(chǎn)品造成強(qiáng)烈電磁干擾。情況嚴(yán)重的時(shí)候太陽黑子可能將使得電力系統(tǒng)全面停電并且會(huì)讓全球無線通信失效。地球自身磁場還可能因?yàn)榉N種原因而使得出現(xiàn)大幅度波動(dòng)，而這樣的波動(dòng)將讓電力以及通信系統(tǒng)出現(xiàn)電磁干擾。

日常生活中人為所造成的電磁干擾強(qiáng)度遠(yuǎn)大于自然干擾源所產(chǎn)生的，對于電磁環(huán)境造成的影響也更大。通常，產(chǎn)生人為電磁干擾存在兩種情況，首先是由于電子產(chǎn)品運(yùn)行時(shí)候，其電路中交變電流流動(dòng)。交變電流還能夠經(jīng)過輻射以及傳導(dǎo)方式向空間以及周圍設(shè)備輻射或是傳輸電磁能，并使得設(shè)備受到電磁干擾。另外，運(yùn)行中的設(shè)備其用電量處是一直變化的，這類變化就能夠使得電路里電流出現(xiàn)瞬態(tài)過程，而這一過程具有很寬廣頻譜，其所產(chǎn)生電磁波向周圍空間散出，并且還能夠通過電源電源電路、接地電路以及其他方式往外傳播。

四、電磁污染防護(hù)簡述

4.1 防護(hù)方法與技術(shù)

如果想要徹底解決電磁兼容這一問題，那么就要從產(chǎn)品研發(fā)時(shí)候開始，以及將其貫穿在整個(gè)產(chǎn)品以及系統(tǒng)開發(fā)等過程里面。通過對國內(nèi)外一些實(shí)際案例能夠分析得出，在產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)的時(shí)候越是很早注意到這一問題，往往越是能夠節(jié)約人力物力等。電磁兼容技術(shù)其關(guān)鍵之處就在于對于電磁干擾源進(jìn)行分析研究，并從電磁干擾源頭進(jìn)行控制才是最根本方法。如果想要控制干擾源發(fā)射，不但要從干擾源產(chǎn)生機(jī)理入手，分析其電磁噪音產(chǎn)生的原因，而且還要廣泛使用屏蔽等技術(shù)。屏蔽技術(shù)主要是使用各式導(dǎo)電原料制造出各種各樣殼體使其同大地相連，這樣能夠切斷經(jīng)過空間的靜電耦合等所形成的電磁噪聲。隔離其實(shí)是通過使用繼電器、變壓器隔離等方法來切斷電磁噪音得以傳遞的途徑，它的特點(diǎn)是把兩部分電路地線系統(tǒng)進(jìn)行分離，使得共阻抗耦合被限制。濾波則是在頻率里面解決這一問題的技術(shù)，選用濾波器能夠?yàn)槠涮峁┮粭l低阻抗道路，提高產(chǎn)品抗擾度以及降低產(chǎn)品EMI噪聲。

線路接地其實(shí)是為了泄防電荷以及構(gòu)建電路基準(zhǔn)電平而開設(shè)的。在電子產(chǎn)品里面，這樣做可以使得電路噪音受到抑制以及避免干擾。電路中地線不但可以為其提供點(diǎn)位基準(zhǔn)，并且在某些地方還可以作為各級(jí)電路間信號(hào)傳輸?shù)姆祷赝芬约捌涔╇娡贰＝Y(jié)構(gòu)越是繁雜，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)越發(fā)顯得重要。通常在制造出的東西里面，部件以及裝置里的地線還能夠作為信號(hào)回流線。另外，系統(tǒng)、分系統(tǒng)和設(shè)備間地線只是能夠提供電位基準(zhǔn)電平，地線上下不通電流。所以在其中的信號(hào)傳輸都要使用雙線以及雙絞線。在電子產(chǎn)品里，接地體設(shè)計(jì)、地線的布置和接地線在各種不同頻率下阻抗等等不但和產(chǎn)品以及系統(tǒng)電氣安全有關(guān)，并且和其性能好壞也有聯(lián)系。

4.2 傳播途徑

電磁干擾現(xiàn)象出現(xiàn)的時(shí)候，最為簡單的模型即為邏輯上串聯(lián)關(guān)系的三要素所組成，首先肯定會(huì)有著電磁干擾源。其次肯定有著電磁干擾受體，當(dāng)電磁干擾強(qiáng)度超過準(zhǔn)許界限時(shí)候，被干擾設(shè)備性能將出現(xiàn)混亂。最后一定要在干擾源同干擾受體間井蓋耦合通道來傳輸有害電磁能量。

五、結(jié)束語

通過上文敘述可以知道，電磁干擾普遍的存在于我們生產(chǎn)以及生活里，對其檢測和抑制等研究也吸引越來越多的人對其關(guān)注。對其進(jìn)行檢測務(wù)必得依照電磁檢測標(biāo)準(zhǔn)以及規(guī)范來開展，要求被測試設(shè)備有關(guān)參數(shù)不能超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值。該項(xiàng)檢測步驟相對繁雜而且測試項(xiàng)目繁多，所以測試結(jié)果不會(huì)太理想。因此迫切需要建立自動(dòng)化電磁兼容檢測系統(tǒng)以及探究更優(yōu)良的測試方法。

（作者單位：山東超越數(shù)控電子有限公司；山東省特種計(jì)算機(jī)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）