電磁兼容的概念和設(shè)計方法及實例介紹

直流電路電感負(fù)載的續(xù)流電路是用二極管反并聯(lián)在電感負(fù)載上。當(dāng)切斷電感負(fù)載時，其上的電流經(jīng)二極管續(xù)流，不會產(chǎn)生過電壓而危及電路上的其它器件。

參數(shù)選擇如下：

IF>2IN (4)

VRRM>2VN (5)

式中：IF為二極管正向平均電流；

VRRM為二極管反向重復(fù)峰值電壓；

IN為電感負(fù)載的額定電流；

VN為電感負(fù)載的額定電壓。

如果用壓敏電阻代替二極管，其效果會更好。因為壓敏電阻吸收能量更快，從而減小了動作響應(yīng)時間。另外，壓敏電阻還可應(yīng)用在交流電路電感負(fù)載的場合。應(yīng)用壓敏電阻時應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)：

——壓敏電阻的標(biāo)稱電壓；

——壓敏電阻的壓比；

——壓敏電阻的吸收能量能力；

——壓敏電阻的前沿響應(yīng)時間；

——壓敏電阻應(yīng)當(dāng)盡量緊靠電感使用。

3）電容負(fù)載的限流電路

電容負(fù)載的限流電路由電阻（R）和開關(guān)并聯(lián)組成。其原理是用電阻限制電容負(fù)載開始投入時的短路電流，從而避免短路電流造成的電磁干擾。經(jīng)過時間（t）將開關(guān)閉合，切除限流電阻。

參數(shù)選擇如下：

R>2VN/IN （6）

t>3RC （7）

式中：IN為負(fù)載的額定電流；

VN為電源的額定電壓；

C為負(fù)載的電容。

4）電路快速切換的電磁兼容措施

電路快速切換（包括晶閘管換流、直流斬波、二極管關(guān)斷時的電荷存儲效應(yīng)等）將導(dǎo)致電壓或電流的快速變化，而成為電磁干擾源。

對此可采用如下電磁兼容措施

——串聯(lián)緩沖電感，以降低電流變化率；

——并聯(lián)緩沖電容，以降低電壓變化率；

——用電感電容諧振電路代替直流斬波，以降低電流變化率或電壓變化率。

5.1.3 電磁輻射

電磁輻射包括電子設(shè)備內(nèi)部和外部兩種電磁輻射源。其實任一電流的周圍都存在磁場，而變化的磁場會產(chǎn)生變化的電場，這種電磁場就是電磁干擾源。

電子設(shè)備中主要的電磁輻射源是大電流、高電壓的強(qiáng)功率電路和器件，電壓或電流快速變化的電路和器件以及高頻電路和器件。

對電磁輻射的電磁兼容設(shè)計是，采用電磁屏蔽的方法，即用屏蔽材料將電磁輻射源封閉起來，使其外部電磁場強(qiáng)低于允許值。

電磁屏蔽的技術(shù)原理主要有兩種：

一是反射，由于空氣和金屬屏蔽的電磁阻抗不同，使入射電磁電波產(chǎn)生反射作用。磁場中的反射損耗R(dB)，對磁場源而言

R=20log10{[0.012(μr/fσr)1/2/D]＋5.364D(fσr/μr)1/2＋0.354} （8）

式中：μr為相對磁導(dǎo)率；

σr為相對電導(dǎo)率；

f為電磁波頻率（Hz）；

D為輻射源到屏蔽體的距離（m）。

對電場源而言

R=322＋10log10(σr/μrf3D2) （9）

二是吸收，進(jìn)入金屬屏蔽內(nèi)的電磁波在金屬屏蔽內(nèi)傳播時，由于衰減而產(chǎn)生吸收作用。吸收損耗A(dB)為

A=0.131d(μrfσr)1/2 （10）

式中：d為屏蔽材料厚度（mm）。

1）磁場屏蔽一般采用磁導(dǎo)率高的材料作屏蔽體，它給低頻磁通提供一個閉合回路，并使其限制在屏蔽體內(nèi)。屏蔽體的磁導(dǎo)率越高，厚度越大，磁阻越小，磁場屏蔽的效果越好。當(dāng)然屏蔽的設(shè)計要與設(shè)備的重量相協(xié)調(diào)。在雜散耦合可能引起有害作用的電路中，應(yīng)選用帶有屏蔽的電感器和繼電器，并將屏蔽有效地接地。

2）電場屏蔽一般采用電導(dǎo)率高的材料作屏蔽體，并將屏蔽體接地，使電力線在此終止，因而電場不會泄漏到屏蔽體外部。電場屏蔽以反射為主，因此屏蔽體的厚度不必過大，而以結(jié)構(gòu)強(qiáng)度為主要考慮因素。

3）電磁場屏蔽一般采用電導(dǎo)率高的材料作屏蔽體，并將屏蔽體接地。它是利用屏蔽體在高頻磁場的作用下產(chǎn)生反方向的渦流磁場與原磁場抵消而削弱高頻磁場的干擾，又因屏蔽體接地而實現(xiàn)電場屏蔽。屏蔽體的厚度不必過大，而以趨膚深度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度為主要考慮因素。

應(yīng)當(dāng)特別注意電磁屏蔽的完整性，特別是電磁場屏蔽，因為它是利用屏蔽體在高頻磁場的作用下產(chǎn)生反方向的渦流磁場與原磁場抵消而削弱高頻磁場干擾的。如果屏蔽體不完整，則渦流的效果降低，導(dǎo)致電磁場泄漏，屏蔽的效果將大打折扣。

5.1.4 雷電

雷電是帶電云對地或帶電云之間的放電現(xiàn)象。帶電云對地放電為直接雷擊，而非直接雷擊時設(shè)備所受到的干擾為感應(yīng)雷擊。由于雷電具有非常大的能量和非常短的持續(xù)時間，因此雷電是非常強(qiáng)的干擾源。

雷電的電磁兼容的設(shè)計方法是

1）對直接雷擊采用的設(shè)計方法采用接閃器、避雷引線和避雷接地組成的避雷系統(tǒng)。將直接雷擊的能量引入大地，以保護(hù)電子設(shè)備。

2）對感應(yīng)雷擊采用的設(shè)計方法采用氣體避雷管、壓敏電阻、電壓瞬變吸收二極管或固體放電管。利用其非線性特性，對感應(yīng)雷擊的高電壓尖峰削波和能量吸收，以保護(hù)電子設(shè)備。

5.1.5 靜電

當(dāng)不同介質(zhì)的材料相互摩擦?xí)r，會發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生靜電。當(dāng)然靜電也可能以其它的方式產(chǎn)生，比如受到其它帶電體的感應(yīng)。靜電場強(qiáng)的高低取決于材料所攜帶的電荷量多少和對地電容的大小。當(dāng)這種材料對電子設(shè)備的場強(qiáng)超過絕緣介質(zhì)的擊穿強(qiáng)度時，會發(fā)生電暈放電或火花放電，形成靜電干擾，可能導(dǎo)致電子設(shè)備損壞。

防靜電的電磁兼容的設(shè)計方法是

——防止靜電的產(chǎn)生，例如阻止靜電荷的積累、泄放積累的靜電荷，采用防靜電地板和靜電消除器等等。

——采用靜電屏蔽和接地措施，將靜電產(chǎn)生的電荷引走。

——采用耐靜電電壓值高的器件。

——采用靜電保護(hù)措施，例如增加串聯(lián)電阻以降低靜電放電電流，增加并聯(lián)元件以把靜電放電電流引走，對靜電作用下易損器件的操作防護(hù)和軟件的靜電防護(hù)等等。

5.1.6 無線電發(fā)射源

無線電發(fā)射機(jī)的頻率范圍為103～1012Hz。

無線電發(fā)射機(jī)的有效輻射功率（ERP）很高。例如，軍用雷達(dá)10GW，氣象雷達(dá)1GW，船用雷達(dá)100MW，電視廣播50MW，商用電臺300kW，廣播電臺100kW，業(yè)余通訊1kW，車用通訊100W。

因此，無線電發(fā)射源對電子設(shè)備是一很強(qiáng)的干擾源。

對無線電發(fā)射源的電磁兼容的設(shè)計方法是

——嚴(yán)格控制無線電發(fā)射的方位角度，以減少無線電發(fā)射源干擾的空間范圍。

——采用完整的電磁屏蔽和可靠的接地措施，以減少無線電發(fā)射源的泄漏干擾。