浅析电磁兼容的机理及在机柜设计中的应用

2013-04-27孟庆韬

电气开关 2013年4期

孟庆韬

(沈阳辽海装备有限责任公司，辽宁沈阳 110003)

1 引言

世界各国特别是发达国家，对EMC十分重视，大力发展EMC技术，制定相关的检测认证标准。如美国FCC标准、欧盟的89/336/EEC法规、日本的电波取缔法等。欧盟规定自1996年起，凡是未通过EMC认证和检测的任何电子、电工产品均不能在欧盟市场上流通。美国联邦通讯委员会FCC也明文规定，任何人不得出售、出租未经EMC检测认证的电子、电工产品，否则企业法人将被监禁并不得赎出。

2 电磁兼容机理

电磁兼容的机理电磁干扰抑制和防护，众所周知，屏蔽、滤波、合理接地、合理布局等抑制干扰的措施都是很有效的，在工程实践中被广泛采用。但是随着电子系统的集成化、综合化，以上措施的应用往往会与成本、质量、功能要求产生矛盾，必须权衡利弊研究出最合理的措施来满足电磁兼容性要求。

又如新的导电和屏蔽材料以及工艺方法的出现，使电磁兼容性控制技术又有了新的措施，可见电磁兼容控制技术始终是电磁兼容科学中最活跃的研究课题。

3 电磁兼容设计概况

根据严格的定义，电磁兼容就是“设备或系统其在电磁环境中正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力”，也就是说，一个电子、电工产品在通电工作时，既不通过传导、辐射、耦合等方式向外部发出超过标准规定的电磁干扰;同时又能够承受一定程度的来自外部或系统自身的电磁干扰而正常工作。

随着系统功能的增加，芯片频率的提高，加上成本的限制，PCB设计技术已经成为控制产品EMC特性的最重要环节。元器件布局、PCB布线、阻抗匹配、接地设计以及电路的滤波等，都应该考虑EMC的要求。设备的内部电缆一般用来连接PCB或其他内部子组件。这些电缆能把PCB上的信号发射出去，是形成EMI的主要原因。因此，包括电缆的走线路径、屏蔽手段、固定方法、电缆长度等，都需要考虑EMC的要求。在PCB及内部电缆考虑了EMC要求后，大部分产品还需要考虑用机箱来屏蔽EMI。机箱上的缝隙、散热孔、电缆通孔等的设计，需要考虑EMC的要求。

最后，还应着重考虑输入和输出电源和其他电缆滤波的问题。无论是军用还是民用设备，电磁兼容标准都是必须满足的技术条件之一，随着脉冲电路的广泛应用，辐射发射的指标成为最难符合的项目，这是由于脉冲信号包含了大量的高次谐波，这些高次谐波容易借助导线辐射，大多数工程师认为，要使电子设备满足辐射发射的要求，必须采取完善的屏蔽措施。事实是大多数的设备虽然采取了比较完善的屏蔽措施，但是仍然不能符合电磁兼容标准。造成这个问题的原因是忽视了设备外电缆的天线作用。电缆不仅充当了辐射天线，而且还充当着接收天线，接收空间的电磁波干扰，这些干扰信号传导进入设备形成干扰。解决此问题的方法是在电缆与电路接口的位置安装干扰滤波器。最好将滤波器安装在镀锡或锌的铝板或钢板上，为了保证可靠的连接，一般要在滤波器的安装法兰与隔离板之间安装内齿垫片，而不能使用导电胶之类的物质来达到可靠连接的目的，需要注意的问题是，不同的金属的接触面之间会发生电化学腐蚀，导致接触阻抗增加。有些设备经过一段时间使用后，干扰情况变得严重，就是由于滤波器的接地阻抗增加导致的。特别是当滤波器的低频滤波效果降低时，要考虑这种因素，如图1所示。

图1

(1)屏蔽

屏蔽是对场的处理问题。离场源的距离不同的区域，场的性质不同。近场是感应场(静电场和静磁场)，对外不辐射能量(法拉第屏蔽处理)。远场是辐射场—E和H矢量在时间上同相而向外辐射能量(机箱屏蔽处理，特别是电气连续性问题的处理);过渡区是感应电磁场—场的性质比较复杂。对设备内部主要是近场问题。屏蔽体要起到屏蔽作用应具备下述3个要素:①屏蔽体是一个完整的电连续体;②有完善的滤波措施;③对于电屏蔽还要有良好的接地。

(2)结构材料

①适用于底板和机壳的大多数材料是良导体，可以屏蔽电场，如铝、铜等。主要的屏蔽机理是反射信号而不是吸收;②对磁场的屏蔽需要铁磁材料，如高导磁率合金和铁。主要的屏蔽机理是吸收而不是反射;③在强电磁环境中，要求材料能屏蔽电场和磁场两种成分，因此需要结构上完好的铁磁材料。屏蔽效能直接受材料厚度以及搭接和接地方法好坏的影响;④对塑料壳体可以在其内壁喷涂屏蔽层，或在注塑时掺入金属纤维。如图2所示。