電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的電磁兼容設(shè)計(jì)方法研究

陳炳榛

（同方電子科技有限公司，江西九江，332099）

0 引言

電子設(shè)備是保證電力系統(tǒng)正常工作的重要基礎(chǔ)，主要由PCB、屏蔽系統(tǒng)、接地系統(tǒng)、電源等結(jié)構(gòu)部分組成。隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，電子設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜，功能更加的豐富，這也對電子設(shè)備結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。為了保障電子設(shè)備的正常運(yùn)行，必須防止其受到電磁的干擾，因此在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就要對電磁兼容進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，不斷的提升整個(gè)電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

1 電子設(shè)備中電磁兼容設(shè)計(jì)概述

1.1 概念

電磁兼容主要是指當(dāng)電子設(shè)備正常工作的時(shí)候，電子線路當(dāng)中不會存在影響設(shè)備正常工作的電磁，即不會發(fā)生電磁干擾。當(dāng)電子設(shè)備處于電磁兼容狀態(tài)時(shí)，電子線路、電子設(shè)備等等都不會受到影響，且彼此之間互不干擾，能夠保證電子設(shè)備的正常運(yùn)行狀態(tài)。由此可見，電磁兼容性直接影響到了電子設(shè)備的運(yùn)行情況。

1.2 電磁兼容設(shè)計(jì)的必要性

隨著社會的發(fā)展，電子設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用，因此電子設(shè)備的正常運(yùn)行直接關(guān)系到行業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。在電子設(shè)備研發(fā)的過程中，必須充分的重視電磁兼容設(shè)計(jì)，這樣能夠使得電子設(shè)備在復(fù)雜的電磁環(huán)境下也可以正常、穩(wěn)定的工作。電磁兼容設(shè)計(jì)要采用科學(xué)的接地方式、屏蔽方式等等，在最大程度上降低干擾源的影響，從而有效的消除電子設(shè)備中的電磁干擾問題。

2 電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中電磁兼容設(shè)計(jì)存在的主要問題

2.1 PCB 設(shè)計(jì)存在的問題

PCB 是電子設(shè)備結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其質(zhì)量直接影響到了電子設(shè)備的正常應(yīng)用。在PCB 設(shè)計(jì)的時(shí)候，存在一系列的問題，主要包括：PCB 的尺寸規(guī)劃不合理；PCB 和相關(guān)的元器件設(shè)計(jì)不科學(xué)；沒有對各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行充分的考慮等等。因此會影響到PCB 設(shè)備的使用性能及抗干擾能力，同時(shí)不利于電磁兼容性的設(shè)計(jì)。此外，PCB 的設(shè)計(jì)需要考慮到很多參數(shù)的設(shè)置，必須精確的設(shè)計(jì)各項(xiàng)參數(shù)，這樣才能設(shè)計(jì)出合理的PCB 方案，從而提升PCB 和電子設(shè)備之間的電磁兼容性。

2.2 屏蔽設(shè)計(jì)的問題

設(shè)備屏蔽設(shè)計(jì)的過程中，可能會遇到的問題有：電接觸設(shè)計(jì)不科學(xué)；屏蔽材料選擇不合理，不符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求，直接影響到屏蔽設(shè)備的質(zhì)量。此外，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，設(shè)備機(jī)箱縫隙的屏蔽設(shè)備不合理也是主要的問題之一，不利于提高屏蔽設(shè)備的抗干擾能力。

2.3 濾波設(shè)計(jì)的問題

在濾波設(shè)計(jì)過程中，要綜合考慮設(shè)備的整體性能，但是依然會存在很多的實(shí)際問題，比如，設(shè)計(jì)人員不能全面的考量設(shè)備的整體設(shè)計(jì)性能，因此不能合理的采取方法對電磁干擾源進(jìn)行切斷，所以不能有效的消除電磁干擾問題。

2.4 接地設(shè)計(jì)的問題

電子設(shè)備在接地設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員往往意識不到接地設(shè)計(jì)的重要性，導(dǎo)致接地點(diǎn)位置不科學(xué)，并且沒有做好接地保護(hù)工作，給電子設(shè)備的正常運(yùn)行帶來不利影響。此外，電路組合接地方案設(shè)計(jì)不合理，且抑制接電干擾措施沒有做好，從而不利于電子設(shè)備的正常工作。

3 電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的電磁兼容設(shè)計(jì)方法

3.1 合理的使用接地技術(shù)

電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的電磁兼容設(shè)計(jì)可以合理的使用接地技術(shù)，讓電源和信號提供的回路部分與電位完成有效的結(jié)合。電磁兼容設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容就是通過接地技術(shù)來防止電磁干擾現(xiàn)象的出現(xiàn)，對于接地技術(shù)的應(yīng)用，需要遵守相應(yīng)的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)，確保接地的安全性。首先，電子設(shè)備使用到的金屬外殼要和地面進(jìn)行連接，從而確保人們的生命以及財(cái)產(chǎn)的安全性，同時(shí)避免發(fā)生靜電損壞等問題，提高電子設(shè)備的抗干擾能力。

此外，當(dāng)電子設(shè)備工作的時(shí)候，會存在靜電等有關(guān)的現(xiàn)象，通過應(yīng)用接地技術(shù)可以及時(shí)的防止此類問題的出現(xiàn)。如圖1 所示，在對電子設(shè)備的電磁兼容進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，使用接地技術(shù)必須了解到電路系統(tǒng)當(dāng)中的各個(gè)部分存在一個(gè)共同的參考電位，能夠有效的保障電路的順利工作。另外，為了防止電子設(shè)備出現(xiàn)漏電以及火災(zāi)等危險(xiǎn)情況，可以把電子設(shè)備的機(jī)殼進(jìn)行接地設(shè)計(jì)，從而避免電荷的釋放，降低電磁干擾的影響。最后，工作接地也是接地技術(shù)的重要應(yīng)用，工作接地的質(zhì)量關(guān)系到了整體的信號，所以在電磁兼容設(shè)計(jì)的過程中，要合理的應(yīng)用工作接地方式，從而減少電子設(shè)備之間的電磁干擾。

圖1 設(shè)備的接地

3.2 電磁濾波方法的應(yīng)用

電磁濾波是影響電磁兼容性的重要部分，主要是壓縮信號回路產(chǎn)生的，同時(shí)存在頻譜干擾等問題。通過使用電磁濾波，不僅能夠在一定程度上防止干擾源的發(fā)射，而且可以避免干擾源的頻譜分量對電路、元器件等設(shè)備造成影響。事實(shí)上，電磁波就是可以對信號的某些波段頻率完成過濾操作，從而達(dá)到抑制電磁干擾的目的。所以，在電磁兼容設(shè)計(jì)的過程中，可以應(yīng)用電磁濾波方法。

當(dāng)電子設(shè)備在工作的時(shí)候，電路中會形成強(qiáng)烈的干擾信號，并且以電源、信號線等途徑進(jìn)行傳輸，從而影響到整個(gè)電路的正常工作，所以進(jìn)行電磁濾波是一種有效的、科學(xué)的抑制干擾的方式，進(jìn)而提高電子設(shè)備的安全性。此外，電磁濾波的設(shè)計(jì)也要保證其合理性，經(jīng)常會使用穿心電容、三端電容等器件，能夠?qū)﹄娐返奶卣鬟M(jìn)行完善。最后，還要保證濾波器設(shè)備和電子設(shè)備的有效連接，當(dāng)電磁濾波電路能夠正常工作時(shí)，才可以強(qiáng)化電子設(shè)備的電磁兼容性，保障電力行業(yè)的穩(wěn)定性。

3.3 電磁屏蔽的設(shè)計(jì)

電子設(shè)備和外界的連接界面如圖2 所示，主要包括機(jī)殼端口、地線端口、電源線、信號線等等，需要做好電磁屏蔽設(shè)計(jì)。電磁屏蔽主要指對不一樣的空間利用金屬隔離，使得電磁場或者電磁波受到合理的控制，同時(shí)控制周圍的輻射。因此在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)的電磁兼容設(shè)計(jì)過程中，要應(yīng)用到電磁屏蔽的優(yōu)勢，通過屏蔽物將電子設(shè)備進(jìn)行控制，有效的防止干擾源的影響。

首先，科學(xué)的設(shè)計(jì)屏蔽組合體之間的電接觸，進(jìn)行使得電接觸最小。對于屏蔽材料，要保證其導(dǎo)磁率及導(dǎo)電率較高，并且在此類材料的表面加入高導(dǎo)電率的材料，從而提高其抗干擾性能。此外，要保證電磁屏蔽設(shè)備設(shè)計(jì)的合理性，縮短與電子設(shè)備之間的距離，進(jìn)而提高屏蔽效果。電磁屏蔽板可以使用封閉式的金屬盒電場，其導(dǎo)體材料可以選擇銅等材料。最后，機(jī)箱設(shè)計(jì)過程中，要使用科學(xué)的焊接方式，保證焊縫的平滑性，這樣才能達(dá)到電磁屏蔽的良好效果。

3.4 PCB 設(shè)計(jì)方法

第一，在PCB 設(shè)備設(shè)計(jì)的過程中，要對PCB 尺寸進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，并且進(jìn)一步提升PCB 的性能，例如抗干擾能力以及抗噪聲能力等，防止發(fā)生尺寸過大或者過小的問題，保證PCB設(shè)備充分的發(fā)揮出其優(yōu)勢。第二，保證PCB 布局的合理性。要縮短一些高頻元器件之間的連線，并且確保電路各個(gè)功能器件布置的合理性，從而保證信號的正常流通。此外，要合理的設(shè)置各個(gè)元器件的參數(shù)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對PCB 器件的有序排列，從而提高設(shè)備的抗干擾能力。第三，元器件布局的科學(xué)性。在對PCB 器件進(jìn)行布局的過程中，要完成電路元器件的集成設(shè)計(jì)，從而提升電子設(shè)備的電磁兼容性。

3.5 電源保護(hù)設(shè)計(jì)

電源是保證電力系統(tǒng)正常工作的重要基礎(chǔ)，直接影響到整體電力系統(tǒng)運(yùn)行的質(zhì)量，所以，需要做好電源保護(hù)設(shè)計(jì)。電源保護(hù)的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容有壓力保護(hù)、緩啟動(dòng)保護(hù)、過流保護(hù)等等。一些電源的電路板是印刷而制的，因此，可以應(yīng)用合理軟度的保險(xiǎn)絲完成過流保護(hù)，這樣就能夠保證當(dāng)電流較大時(shí)，電源也可以正常的進(jìn)行工作，同時(shí)保證過流的安全性。電源保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，電容的保護(hù)設(shè)計(jì)也非常的重要，通過對電容進(jìn)行保護(hù)設(shè)計(jì)能夠防止保險(xiǎn)絲熔斷對各個(gè)元器件的不利影響?？梢圆捎幂斎腚妷旱姆绞綄?shí)現(xiàn)對電容的有效保護(hù)，在元器件當(dāng)中輸入電壓，同時(shí)對保險(xiǎn)絲的情況及時(shí)的進(jìn)行觀察，確保其質(zhì)量。除此之外，還要進(jìn)行元器件的保護(hù)設(shè)計(jì)工作，可以在元器件當(dāng)中加入壓敏電阻等等，從而對配電線路等部分進(jìn)行過壓保護(hù)，完成電路與地電位之間的有效連接，提高電子設(shè)備的使用性能。

4 總結(jié)

本文通過對電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的電磁兼容設(shè)計(jì)方法的研究，使我們了解到了，電磁兼容設(shè)計(jì)直接影響到了電子設(shè)備工作的安全性和穩(wěn)定性，需要給與充分的重視。現(xiàn)階段，在電磁兼容設(shè)計(jì)過程中，還存在著PCB 設(shè)計(jì)、屏蔽設(shè)計(jì)、濾波設(shè)計(jì)以及接地設(shè)計(jì)等一系列問題，因此，在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要采取有效的電磁兼容設(shè)計(jì)方法，其中包括合理的使用接地技術(shù)、電磁濾波方法的應(yīng)用、電磁屏蔽的設(shè)計(jì)、PCB 設(shè)計(jì)方法以及電源保護(hù)設(shè)計(jì)等等，從而提升電子設(shè)備的工作效率。