設(shè)備電磁兼容性提升方法的探究

摘 要：隨著我國(guó)設(shè)備制造行業(yè)的不斷發(fā)展，如何提高電氣設(shè)備電磁兼容性的問(wèn)題已經(jīng)變得十分迫切。電磁兼容性是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常運(yùn)行并不對(duì)其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無(wú)法忍受的電磁騷擾的能力。本文首先分析了設(shè)備電磁干擾的來(lái)源，然后分別從設(shè)備的線纜布局、電路板降噪、機(jī)殼設(shè)計(jì)以及接地技術(shù)四個(gè)方面探討了提高設(shè)備電磁兼容性的方法。

關(guān)鍵詞：設(shè)備；電磁兼容；提升；方法

一、提升設(shè)備電磁兼容性的意義

很多世界發(fā)達(dá)國(guó)家的設(shè)備制造商都十分重視設(shè)備電磁兼容性設(shè)計(jì)的研究，并制定了一系列相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。而在我國(guó)，電子設(shè)備制造行業(yè)的發(fā)展落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，因此，目前國(guó)內(nèi)對(duì)于設(shè)備電磁兼容性的研究主要還是針對(duì)電磁兼容認(rèn)證測(cè)試，對(duì)設(shè)備出現(xiàn)的各類電磁兼容故障大多采用事后檢測(cè)和改進(jìn)的辦法。因此，如何在設(shè)計(jì)過(guò)程中提高設(shè)備的電磁兼容性能，提高設(shè)備工作的可靠性、安全性，成為了一個(gè)非常重要和亟待研究的問(wèn)題。

二、設(shè)備電磁干擾的來(lái)源

對(duì)于一臺(tái)設(shè)備而言，設(shè)備中的線纜、印制電路板以及殼體都會(huì)對(duì)設(shè)備的電磁兼容性產(chǎn)生不同的影響。

（一）線纜對(duì)設(shè)備電磁兼容性的影響

在電子設(shè)備中，存在有不同功能的模塊和器件，它們之前需要通過(guò)線纜相互連接，從而實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的功能。當(dāng)各條線纜相距很近時(shí)，線纜之間的寄生電容和電感，便會(huì)導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部信號(hào)之間出現(xiàn)串?dāng)_，這種串?dāng)_對(duì)于低電平模擬信號(hào)的傳輸影響尤為嚴(yán)重，當(dāng)設(shè)備內(nèi)部信號(hào)發(fā)生串?dāng)_時(shí)，設(shè)備的抗電磁干擾能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性就會(huì)出現(xiàn)降低。

（二）印制電路板產(chǎn)生的電磁干擾

在印制電路板上，電源布線和信號(hào)布線是印制電路板電磁干擾的主要來(lái)源。由于在電源布線過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生分布電容和分布電感，而印制電路板上的直流電源所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載通常又具有瞬態(tài)變化的特性，受分布阻抗的影響，負(fù)載電壓或電流的瞬態(tài)變化會(huì)引起電源電壓或電流發(fā)生瞬態(tài)變化，這樣一來(lái)，電源布線中既含有直流電壓，又含有瞬態(tài)變化的電壓，瞬變電壓又可能會(huì)產(chǎn)生高次諧波，這些都是產(chǎn)生電磁干擾的主要來(lái)源。在信號(hào)布線過(guò)程中，由于信號(hào)線在印制電路板中所占布線的比例較大，整個(gè)布線過(guò)程較為復(fù)雜，同時(shí)，每條信號(hào)回路都能形成電路系統(tǒng)中一個(gè)或大或小的“天線”，這些“天線”很容易被靜電放電感應(yīng)出大的電壓或電流，從而增加了印制電路板對(duì)外界的電磁騷擾。

（三）機(jī)殼對(duì)抗電磁干擾能力的影響

常見(jiàn)的，設(shè)備機(jī)殼主要分為非金屬機(jī)殼和金屬機(jī)殼兩大類。當(dāng)設(shè)備采用非金屬機(jī)殼時(shí)，輻射電磁場(chǎng)可以毫無(wú)阻攔地進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，并被內(nèi)部電路和內(nèi)部線纜所接收，從而對(duì)設(shè)備形成一定程度的干擾。當(dāng)設(shè)備采用金屬機(jī)殼時(shí)，外界輻射電磁場(chǎng)依然可以通過(guò)金屬機(jī)殼上的孔和縫隙進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，從而對(duì)設(shè)備形成干擾。因此，機(jī)殼設(shè)計(jì)對(duì)于設(shè)備的抗電磁干擾能力有著十分關(guān)鍵的作用。

三、提高設(shè)備電磁兼容性的方案

通過(guò)對(duì)設(shè)備電磁干擾來(lái)源的分析，以下將探索相應(yīng)的電磁兼容性提升方案。

（一）優(yōu)化線纜布局

由于影響布線干擾的因素有電流、電壓和頻率等，所以在設(shè)備布線設(shè)計(jì)前，須對(duì)電纜線按傳輸信號(hào)的強(qiáng)弱進(jìn)行分類，以使線纜間可能發(fā)生的串?dāng)_降至最小。例如，可根據(jù)不同線纜的功率進(jìn)行分類，功率相近的線纜可一并布線，功率差距較大的線纜須分開(kāi)進(jìn)行布線。對(duì)于設(shè)備外接線纜，為了避免外接線纜將干擾帶入設(shè)備，可以在線纜進(jìn)入設(shè)備的部位增加磁環(huán)。而對(duì)于高頻外接線纜，需要盡可能在布線設(shè)計(jì)時(shí)將其長(zhǎng)度進(jìn)行縮短，必要時(shí)還需采用對(duì)線纜進(jìn)行屏蔽措施，從而降低高頻線纜對(duì)外界所產(chǎn)生的輻射。

（二）降低印制電路板產(chǎn)生的電磁干擾

針對(duì)電源布線產(chǎn)生的電磁干擾，可以通過(guò)在印制電路板上設(shè)置電源平面層的方式，以減小電源布線的分布阻抗，這種設(shè)計(jì)方法能使電路板上的各器件得到穩(wěn)定的電壓，同時(shí)，由于電源平面往返的電流值大小相等，能有效降低磁場(chǎng)干擾。針對(duì)信號(hào)布線所產(chǎn)生的電磁干擾，首先需要在設(shè)計(jì)階段，盡可能對(duì)信號(hào)線的長(zhǎng)度及回路面積進(jìn)行減小，同時(shí)在高頻信號(hào)線中增加用于吸收瞬變電壓的器件，從而降低印制電路板對(duì)外界的電磁干擾。對(duì)于敏感區(qū)域，可以增加局部屏蔽來(lái)提高印制電路板的抗電磁干擾能力。

（三）機(jī)殼設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)備抗電磁干擾能力的提升

對(duì)于非金屬機(jī)殼而言，可在殼體底部增加一塊金屬板，該金屬板能在一定程度上起到金屬機(jī)殼的作用。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)備內(nèi)含有的濾波器、電源、瞬變吸收器件，以及印制電路板都應(yīng)盡可能的裝在該金屬板上，脈沖群將通過(guò)金屬板與大地之間的分布電容形成干擾的返回通路。在要求更高的情況下，還可對(duì)非金屬機(jī)殼表面進(jìn)行導(dǎo)電性噴涂，經(jīng)過(guò)導(dǎo)電性噴涂的機(jī)殼能對(duì)設(shè)備內(nèi)部起到較好的屏蔽作用。對(duì)于金屬機(jī)殼而言，主要是考慮機(jī)殼的孔洞及縫隙，這些都會(huì)影響金屬機(jī)殼的導(dǎo)電連續(xù)性，從而對(duì)機(jī)殼的屏蔽作用產(chǎn)生破壞。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需盡可能減少機(jī)殼的孔縫尺寸，并且在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，將設(shè)備中的線纜或器件盡可能遠(yuǎn)離孔縫，從而降低外界輻射對(duì)設(shè)備內(nèi)部電路的影響。

（四）采用正確的接地方法

除了上述三種提升設(shè)備電磁兼容性的方法外，采用正確的接地技術(shù)也能有效增強(qiáng)設(shè)備的抗電磁干擾能力。對(duì)于低頻電路，建議采用單點(diǎn)接地的方式。即，一臺(tái)設(shè)備中，首先確定一個(gè)公共電位的參考接地點(diǎn)，設(shè)備中凡是需要接地的模塊或器件，均將其連接到這一參考接地點(diǎn)上。這樣一來(lái)，信號(hào)就可以在不同電路或不同設(shè)備之間傳輸。對(duì)于高頻電路，元器件的引腳和電路的布線電感之間增加了接地線的阻抗，而且地線間的分布電容和分布電感會(huì)造成電路間相互耦合，從而降低電路工作的穩(wěn)定性。為了減少地線間的分布電容和分布電感造成電路間的相互耦合，高頻電路建議采用就近接地的原則，把各條電路系統(tǒng)的地線就近接至低阻抗的地線上。

四、總結(jié)

通過(guò)上述對(duì)設(shè)備電磁兼容性問(wèn)題的分析和討論可以看出，要徹底的消除設(shè)備電磁干擾以及對(duì)外界所有電磁干擾進(jìn)行阻隔是不可能的，只有在設(shè)計(jì)過(guò)程中意識(shí)到電磁干擾的重要性，并通過(guò)多重手段不斷地對(duì)設(shè)備的電磁兼容性進(jìn)行提升，才能使設(shè)備具有較好的抗干擾能力，同時(shí)將自身的電磁干擾抑制在一定范圍。

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作者簡(jiǎn)介：胡鵬路（1985-），男，工程碩士，工程師，研究方向：智能設(shè)備。