淺析電子設備結構設計中的電磁兼容

吳文豪

摘要：電子設備在各行各業(yè)的發(fā)展過程中起到關鍵作用，是一種必不可少的基礎設施。因此，相關人員必須重視對電子設備運行環(huán)境的構建，并加強電子設備結構設計，提高電子設備的電磁兼容性。本文從電子設備兼容的基本原理出發(fā)，分析了當前電子設備結構設計中的常見問題，并以實現(xiàn)良好的電磁兼容為目的，探討有效的電子設備結構設計措施。

關鍵詞：電子設備；結構設計；電磁兼容

中圖分類號：TN03 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）06-0207-02

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行離不開電子設備的支持，在電子設備運行過程中，存在多個可能會對電子設備的正常運行產生干擾的因素，尤其是在當前的市場發(fā)展環(huán)境下，人們對電子設備的運行質量提出了更高的要求，也就意味著必須實現(xiàn)高質量的電子設備結構的兼容?；诖?，電子設備結構的設計人員必須加強對電子設備結構設計中電磁兼容設計的研究與實踐，并不斷總結經驗，提高電子設備結構的整體設計水平。

1 電子設備兼容的基本內涵

電子設備在運行過程中，需要保證電磁兼容，當實現(xiàn)良好的電磁兼容時，說明該電子設備整體處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)中。電磁兼容指的是電子設備運行過程中，各個運行線路不會出現(xiàn)應用電子設備正常運行的電磁。電磁兼容時，電力系統(tǒng)中的電子設備、電子線路等也能夠獨立運行而不彼此干擾，能夠保證電力系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)功能的正常發(fā)揮。且各個電子設備還能夠互相支持，形成穩(wěn)定高效的電力系統(tǒng)。當電子設備不兼容時，說明電子設備在運行過程中出現(xiàn)了電磁干擾，從而不能正常運行。因此，電磁兼容情況的好壞一定程度上等同于電子設備是否能夠正常發(fā)揮效益。在眾多行業(yè)和領域都存在電子設備，對于較為復雜的電力系統(tǒng)而言，其面對的電磁環(huán)境更為復雜，因而會產生較大的電磁干擾，對于這種電力系統(tǒng)而言，更要重視電子設備結構設計過程中的電磁兼容，確保采用恰當?shù)奶幚硎侄危档碗姶艑﹄娏ο到y(tǒng)的干擾，實現(xiàn)各個電子設備構成部分的平衡與穩(wěn)定。

2 電子設備結構設計電磁兼容設計存在的問題

2.1 PCB設計存在的問題

PCB是電子設備中的關鍵設備，在PCB設計過程中，常見的問題是尺寸設計不規(guī)范、PCB板和元器件設計不合理等。這些問題的存在都會影響PCB設備的綜合性能的穩(wěn)定發(fā)揮，且在設計過程中，PCB設計會遇到較多的參數(shù)，若不能全面、精確的對參數(shù)進行考慮與計算，就無法得到科學性的PCB設計方案，很可能影響PCB設備與其他電子設備之間的電磁兼容性。

2.2 屏蔽設計存在的問題

在設計屏蔽設備時，常見的問題是電接觸設計不合理，且在選擇屏蔽設備材料時，沒有嚴格按照標準進行，導致屏蔽設備質量不合格。在具體的設計過程中，還存在沒有合理的設置設備機箱縫隙的屏蔽設備等現(xiàn)象，從整體上影響了屏蔽設備的抗干擾能力。

2.3 濾波設計存在的問題

濾波設計中需要全面的考慮設備性能，但是在實際的設計過程中，設計人員常常無法做到全面掌控設備的關鍵設計環(huán)節(jié)，導致無法在濾波設計過程中對電磁干擾源進行有效的切斷，常出現(xiàn)電磁干擾現(xiàn)象。

2.4 接地設計存在的問題

在進行電子設備的接地設計時，設計人員常見的問題是常常忽略電子設備接地設計的重要性，接地保護做的不到位，導致無法獲得較高的接地設計水平，不利于電子設備的穩(wěn)定運行。

3 電子設備結構設計時保障電磁兼容的有效對策

3.1 PCB設計對策

設計人員要確保設計出合理的PCB尺寸，在此基礎上，不斷完善PCB的自身性能，包括抗噪和抗串擾等。PCB的設計還要關注PCB板的布局，在連接高頻元器件時，要盡量將連線縮短。其次，還要對電路各功能單位的位置進行合理的布置，確保布局合理，以實現(xiàn)信號向著同一個方向流通。在設計元器件參數(shù)時，要按照參數(shù)標準對PCB元器件進行有序排列。元器件的設計還涉及到布局設計，此時應該盡量實現(xiàn)電路元器件的集成設計，使其連接合理，促進電磁兼容。

3.2 屏蔽設計對策

屏蔽設備多種元器件的組合，在設計時，要盡量實現(xiàn)元器件合理的電接觸，衡量電接觸是否合理的關鍵在于接觸電阻的大小，要盡量降低接觸電阻。在屏蔽設備設計過程中，要關注屏蔽材料的選擇，選擇的材料應具有較高的電阻和導電率。導電率較高的材料能夠有效的增強材料的抗電磁干擾的能力。設備機箱中會有縫隙，也要注意對其進行屏蔽設置。常用的處理設備機箱縫隙的措施是在機箱縫隙結合面處粘貼帶背膠的鈹青銅簧片。

在電子設備的屏蔽設計過程中，還常常借用相關的介質來實現(xiàn)對電磁的有效阻隔，這種介質的使用常常能夠達到減少電磁干擾的功效。選擇介質時，要關注介質對電磁波的吸收能力，常用的為吸收能力較高的金屬介質。實踐證明，這種介質能夠很好地阻隔電磁干擾。根據(jù)以往的工程案例可知，在屏蔽設計過程中，設計人員常常使用的屏蔽手段為磁屏蔽和電屏蔽。這兩種屏蔽手段對應的是不同的，要根據(jù)實際的工程情況選擇合理的屏蔽方式。

3.3 濾波設計對策

在濾波設計中，設計人員要想真正的實現(xiàn)電磁兼容，需要對沿導線傳播的干擾源進行阻斷。改善濾波設備性能的常用措施是使用組合型濾波器，一般采用兩個電容器和一個電感器組成的π型濾波器。這種濾波器在使用過程總能夠發(fā)揮消除電路間的耦合的功效。常用的提高電磁兼容水平的濾波設計對策是組合差模和共模濾波單元，實現(xiàn)對電流的有效抑制和高頻段噪聲的降低，從而改善電子設備的綜合性能。

3.4 接地設計對策

接地設計的重點在于選擇合適的接地點，設計出科學性較高的電路組合接地方案。大部分工程在接地設計中，采用的都是多點就近的接地方式，這種接地方式的優(yōu)勢在于能夠減少接地點間的電位差，降低電磁干擾的影響。要嚴格的控制接地線和接地面的直流搭接阻抗，一般要處在小于 2.5mW的范圍內，在這個范圍內時，接地保護的電氣連接則是十分可靠的。接地設計還應該關注接地面的處理，確保接地面的材料設備具有較好的抗氧化和抗腐蝕性能。

在接地設計中，需要關注關鍵設備的接地設計工作，主要是電子設備板的接地設計，同時還要在接地設計過程中關注電磁兼容設計。要選擇盡可能粗的接地線，接地線的選擇要根據(jù)PCB板的特定電流大小來決定，一般情況下要選擇能夠通過三倍與PCB板的特定電流的接地線。在部分工程中，可能會大量的使用銅箔來鋪設地線，此時設計人員要借助較粗的導線將同種功能的電路銅連接在一起，以有效的降低噪音。在接地設計中，要確保分開設置數(shù)字地線和模擬地線，當遇到低頻率的電路時，其接地方式常為單點和并聯(lián)。在接地布線過程中，常用的布置方式為先部分串聯(lián)、后并聯(lián)，接地則是最后一個步驟。當遇到高頻電路時，串聯(lián)接地是最常用的方式，且一般選擇短粗型的接地線。且要將銅箔設置在高頻元器件四周。所有的接地設計都要確保接地線形成一個閉環(huán)電路。

3.5 電源保護設計

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行離不開電源的支持，電源能否正常啟動關乎到電力系統(tǒng)整體的運行質量。因此，設計人員要做好電源保護設計，電源保護設計的內容包括過壓力保護、緩啟動保護、欠壓報警以及過流保護等。有的電源的電路板為印制，對于這種電源，有效的保護措施為采用適當軟度的保險絲實現(xiàn)過流保護，這樣做的目的在于當電路電流較大時，電源也能夠正常啟動，并保證過流安全。在電源保護設計過程中，還要做好電容保護設計，對電容進行保護的目的在于避免保險絲熔斷對其他元器件正常工作的影響，保護電容的常用方式為輸入電壓，這種方式經實踐證明是一種高效、直接的電容保護方式，輸入電壓的部位是元器件，要密切關注保險絲的狀況，及時的更換出現(xiàn)問題的保險絲。在保護電源的過程中，還要做好對元器件的保護設計，要在元器件中加入電管、壓敏的電阻等，這樣做的目的在于實現(xiàn)對配電線路和地電位之間的過壓保護，在安裝電壓和壓敏電阻之后，能夠實現(xiàn)配電路和地電位之間的等電位連接，從而實現(xiàn)過壓保護。

4 結語

經過上述的分析可知，在電子設備結構設計過程中，應該做好的工作較為繁雜。但是鑒于電子設備是一種需要長期運行的設備，必須要把握住設計重點， 即要電子設備自身的質量和設備間的連接質量，要確?？刂坪每赡苡绊戨娮釉O備運行質量的因素，包括運行環(huán)境、操作人員等，不斷提高設計方案的科學性，并控制各種干擾因素，確保電磁兼容。在電子設備結構設計過程中，設計人員要從保證電磁兼容出發(fā)，分析電子設備結構設計過程中的常見問題以及電磁兼容現(xiàn)狀，在此基礎上，實現(xiàn)對電子設備中的PCB、屏蔽設備、接地設備、電源保護等設計，確保每一個結構設計環(huán)節(jié)的質量，從而實現(xiàn)各個電子設備間的電磁兼容，提高電力系統(tǒng)整體的運行質量。

參考文獻

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Abstract：Electronic equipment plays a key role in the development of various industries and is an essential infrastructure. Therefore， relevant personnel must pay attention to the construction of the operating environment of electronic equipment， strengthen the structure design of electronic equipment， and improve the electromagnetic compatibility of electronic equipment. In this paper， starting from the basic principle of electronic equipment is compatible with， analyzes the common problems in the current electronic equipment structure design， and to achieve good electromagnetic compatibility for the purpose， based on the study of the equipment structure design of effective measures.

Key words：electronic equipment； structural design； electromagnetic compatibility