设备电磁兼容性提升方法的研究

2019-01-14唐鹏

通信电源技术 2019年4期

关键词：印制电路机壳布线

唐鹏

（中国电力科学研究院有限公司，湖北武汉 430074）

0 引言

随着电子设备制造业的快速发展，人们越来越重视设备电磁兼容性。过去采用的事后检测和改进方法，不仅增大了经济损失，而且提高了安全风险。因此，需在设计生产阶段降低设备的电磁干扰能力，提升设备的电磁兼容性能。

1 电磁兼容性

电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，EMC）主要是指设备在所处电磁环境中能正常工作，同时其产生的电磁干扰不影响相邻其他设备的正常运转[1]。设备电磁兼容性主要包括两点。第一，设备应具备一定抗电磁干扰能力，能抵抗所处环境中其他设备产生的电磁干扰。第二，设备在运转中会产生电磁干扰，其产生的电磁干扰不影响所处区域其他设备的正常工作[2]。

2 影响设备电磁兼容性的因素

结合设备电磁兼容性的要点分析，影响设备电磁兼容性的因素主要分为两种。第一，抗电磁干扰能力；第二，电磁干扰能力。

2.1 抗电磁干扰能力

影响抗电磁干扰能力的因素主要表现在接地方法和机壳设计，接地方法不当或机壳设计不合理都可能降低设备的抗电磁干扰能力[3]。

2.1.1 接地方法的影响

设备现场安装时，接地是重要步骤，若接地方法不当，将可能造成设备抗电磁干扰能力减弱。例如，高频电路的地线连接中，如果采用同一接地线路完成各元器件的接地，那么设备的运行线路将可能受到接地线分布电容和分布电感的耦合影响出现可靠性降低的现象，进而影响设备的电磁兼容性。

2.1.2 机壳设计的影响

设备生产制造时，机壳材料主要分为金属型和非金属型。非金属型机壳的抗电磁干扰能力较弱，外界形成的干扰电磁场能轻松地穿过机壳，干扰内部电器元件正常工作，进而影响设备的稳定性。金属型机壳的抗电磁干扰能力强，但干扰电磁场仍可透过金属机壳的缝隙进入设备内部，进而影响设备的稳定性。因此，设计机壳时，需增大抗电磁干扰能力。

2.2 电磁干扰能力

电子设备运转中会产生干扰电磁场，不仅影响自身安全运行，而且干扰邻近区域设备。设备运转产生的电磁干扰能力主要与设备线缆和印制电路板有关。

2.2.1 线缆的影响

较复杂的电子设备内部必然由多种功能模块和元器件相互连接构成，线缆在连接中起重要作用。设备中线缆布置的科学性和合理性也影响设备的电磁兼容性。通常设备工作中，线缆之间会形成寄生电容和电感。当相邻线缆之间功率差异过大、距离过近时，其产生的辐射电磁场将变强，产生的电磁干扰能力将越大。由于电磁干扰产生于设备内部，较易造成设备内部信号串扰，影响设备内部正常信号传输，进而影响设备的稳定性[4]。

2.2.2 印制电路板的影响

印制电路板是影响设备电磁干扰能力的主要因素之一。印制电路板中，电源布线和信号布线是产生电磁干扰的主要因素。电源布线产生的电磁干扰与印制电路板驱动的负载有关。负载运行中会随所处状态的变化而变化，电源布线电压则随负载的变化而变化。不断变化的电压在印制电路板中较易形成高次谐波，进而产生电磁干扰能力。信号布线产生的电磁干扰与信号线在印制电路板中所占比例有关，比例越大，其产生的电磁干扰能力越强[5]。此外，每个信号布线回路在印制电路板中都可看作一个电磁放大器，内部静电感应作用在每个信号布线回路上，较易感应出更大电压，从而形成更大的辐射电磁场，对外界产生更强的电磁干扰能力。

3 提升设备电磁兼容性的方法

3.1 科学采用接地方法

正确的接地方法能增强设备的抗电磁干扰能力，提升设备的电磁兼容性。具体接地时，可按照低频电路和高频电路选择对应的接地方法。对低频电路接地时，可将设备中各模块或元器件连接到同一个接地点进行接地，不仅有助于各模块或元器件间的信号传输，而且还有效提升了设备的电磁兼容性；对高频电路接地时，受线路的阻抗影响，其电磁干扰能力增大，影响各模块或元器件的稳定性，需采取就近接地原则。

3.2 优化机壳设计

优化设备机壳设计是快速提升设备抗电磁干扰能力的方法。如果机壳采用非金属材质，可采用两种优化处理方式。第一，在机壳底部位置增设金属板，然后将设备内易产生辐射电磁场的元器件或模块安装在金属板上，利用金属板与大地之间的分布电容形成干扰返回通路。第二，对非金属材质机壳表面进行导电性喷涂，喷涂后的机壳具备屏蔽作用。如果机壳采用金属材质，应对机壳表面的缝隙或孔洞做优化处理，尽量减小机壳装配缝隙尺寸，同时让设备内部的重要元器件远离孔洞口，以降低外界的电磁干扰。

3.3 规范线缆的布设

设备内部线缆布设时，应充分考虑电磁干扰的影响。可按照信号强弱进行归类，以免不同频率线缆之间产生较强的辐射电磁场。线缆布设时，首先需了解不同线缆之间的功率，然后将功率相近的线缆统一布设，并将功率较高或功率较低的线缆分开布设。如果线缆属于外接线缆，需做防护处理，以降低辐射强度。对于高频外接线缆，不仅需缩短线缆在设备内部的长度，还需对进入部位做屏蔽处理[6]。

3.4 优化信号布线和电源布线

为有效降低电源布线变化电压和变化电流产生的电磁干扰，可采用设置电源平面层的方式进行电源布线设计。利用该方式能有效平衡各元器件的电压和电流，使各元器件中的电压值和电流值趋于稳定，进而降低电磁干扰。信号线布设时，可通过优化信号线回路长度和添加吸收瞬变电压的器件进行优化。此外，对于较敏感的区域，可采用专门的屏蔽处理。