电磁干扰与电磁兼容.doc

2012年5月18日

电子设备中的电磁干扰与电磁兼容
摘要电磁干扰(EMI)是干扰电缆信号并降低信号完好性的电子噪音。电磁兼容性(EMC)是指设备(或系统)在其电磁环境中符合要求运行并且对其环境中的任何设备不产生无法忍受的电磁干扰的能力。数字电子元件及设备处于强电流及高压电磁场中,使这些设备的抗电磁干扰能力在设备设计和运行中已成为不可忽视的因素。特别是电力开关在分断过程中产生高强度的电磁脉冲更易导致此类电子系统失灵而引起误动作,而由此造成的经济损失可能是不可估量的。所以我们一定要重视电子设备中的电磁干扰与电磁兼容的问题。
关键词电磁干扰(EMI)电磁兼容性(EMC)电子元件
引言
电磁干扰是影响电子设备电磁兼容性的主要因素,其分类方法有多种,详细如下:一般来说电磁干扰源分为两大类:天然干扰源与和人为干扰源。
天然干扰源主要指于大气层的天电噪声、地球外层空间的宇宙噪声。它们是地球电磁环境的基本组成要素,又是对无线电通信和空间技术造成干扰的干扰源。
人为干扰源是指有机电或其它人工装置产生的电磁能量干扰,其中专门用来发射电磁能量的装置称为有意发射干扰源,如广播、电视、通讯、雷达和导航等无线电设备。另一部门是在完成自身功能的同时附带产生电磁能量的发射称为无意发射干扰源,如交通车辆、排击输电线、照明用具、电念头械、家用电器以及产业、医用射频设备等等。
从电磁干扰属性来分,可以分为功能型干扰源和非功能性干扰源。
功能性干扰源系指设备实现功能过程中造成对其他设备的直接干扰;非说功能性干扰源是指用电装置在实现自身功能的同时伴随产生或附加产生的副作用,如开封闭合或堵截产生的电弧放电干扰。
从干扰信号的频率范围来分。可以把干扰源分为工频与音频干扰源(50Hz及其谐波)、甚低频干扰源(30Hz以下)、载频干扰源(10kHz~300kHz)、射频及视频干扰源(300kHz)、微波干扰源(300MHz~100GHz)。
从电子设备的内外因素来分,可分为内部干扰和外部干扰。
内部干扰是指电子设备内部各元部件之间的相互干扰,包括以下几种:
工作电源通过线路的分布电容和绝缘电阻产生漏电造成的干扰(与工作频率有关);信号通过地线、电源和传输导线的阻抗互相耦合,或导线之间的互感造成的干扰;设备或系统内部某些元件发烧,影响元件本身或其它元件的不乱性造成的干扰;大功率和高电压部件产生的磁场、电场通过耦合影响其它部件造成的干扰。
外部干扰是指电子设备或系统以外的因素对线路、设备或系统的干扰,包括以下几种:
外部的高电压、电源通过绝缘漏电而干扰电子线路、设备或系统;外部大功率的设备在空间产生很强的磁场,通过互感耦合干扰电子线路、设备或系统;空间电磁波对电子线路或系统产生的干扰;工作环境温度不不乱,引起电子线路、设备或系统内部元器件参数改变造成的干扰;由产业电网供电的设备和由电网电压通过电源变压器所产生的干扰。
电磁兼容（EMC）的分析
EMC分析包括分析电子线路的辐射程度及抗干扰能力以及系统集成的电磁兼容性能。由于电器设备通常用于大电流、高电压的分断,与其集成的数字式电子控制与监控为高灵敏元件。这就要分析该设备可能产生的最大电磁辐射,并通过设计使其电磁辐射限制在特定的范围之内。同时找到该设备所附电子电路的敏感元件并分析其电磁敏感性。
电磁干扰与兼容是一个非常复杂的问题,涉及面很广,要考虑产品本身的静态与动态操作特性,操作环境,电子元器件的相互电磁干扰性,印刷电路板(PCB)的布线之间的电磁耦合与元件间的干扰。设计还要考虑电磁屏蔽、接地、耦合、电线间距等。
电磁干扰与抗干扰有多种分析方法,如传统的测试法、经验分析法和现代的数值分析法。测试是传统采用的方法,但在目前高速电子时代(>300MHz)要求产品设计周期短,传统的测试法已呈现其缺点,即设计成本高、周期长。随着高频数值分析法及高速大容量计算机的发展,计算机辅助工程法(CAE)在电磁兼容分析与设计中具有越来越重要的地位。数值分析法常用的有时域有限差分法、矩量法、传输线法、部分单元等效电路法、快速多极法及混合法等。
保证设备的电磁兼容性
电子设备所发生的电磁干扰与电子设备所处的电磁环境,各电子设备之间的相互影响,以及电子设备内部的元件和部件之间的电磁耦合有关。设干扰源N的作用功率为Pin(n=1,2,…),而被干扰设备M的能够承受的电磁干扰的容限为Prm(m=1,2,…),则干扰功率Pamn可以用下式决定:Pamn=Pin×Kimn×Kpmn×Ksmn(1)
式中:
Kimn:干扰源N对被干扰源设备M产生干扰作用的有效作用系数;
Kpmn:干扰源N对被干扰源设备M产生干扰的耦合作用系数；
当干扰功率Pamn大于受干扰设备的容限Prm时,就需要采取措施改善电磁兼容特性。当Pamn>Prm时,可以采取措施减小干扰源