電子設備電磁干擾的產生及抑制

1、增刊山西焦煤科技Supp lem en t 2005年6月Shanx i Cok ing Coal Science&T echno logyJun.2005技術經驗電子設備電磁干擾的產生及抑制賈艷輝(山西焦煤職工總醫(yī)院摘要闡述了電子設備中電磁兼容問題的重要性,通過對電磁干擾產生的根源及途徑的分析,介紹了幾種抑制電磁干擾的方法及電磁干擾抑制在實際中的應用。關鍵詞電子設備;電磁兼容;電磁干擾隨著現(xiàn)代電力電子技術的迅速發(fā)展,電子設備將越來越廣泛地應用于人類生活的各個領域,給人類生活帶來方便。但是電子設備的廣泛應用和發(fā)展,必然導致它們在其周圍空間產生的電磁場電平的不斷增加。將不可避免給周圍事物

2、造成干擾,同時電子設備本身也將處于電磁環(huán)境(E M E中工作。這個電磁環(huán)境對電子設備造成影響。因此,必須解決電子設備在電磁環(huán)境中的適應能力。電磁兼容性(E M C是一門關于抗電磁干擾(E M I影響的科學。目前,就世界范圍來說,電磁兼容性問題已經形成一門新的學科。電磁兼容的中心課題是研究控制和消除電磁干擾,使電子設備或系統(tǒng)與其它設備聯(lián)系在一起工作時,不引起設備或系統(tǒng)的任何部分的工作性能的惡化或降低。一個設計理想的電子設備或系統(tǒng)應該既不輻射任何不希望的能量,又應該不受任何不希望有的能量的影響。近年來,許多關于電磁干擾的國際及國家標準相繼出臺,用于限制電磁干擾,這對保證電子設備的正常工作和人民的正

3、常生活以及促進現(xiàn)代科學技術更迅速發(fā)展,都起了重要的作用,同時也對電子設備的干擾能力和抗干擾能力提出了高的要求,這使得研究電子設備的電磁干擾產生的原因及抑制顯得尤為重要。1電磁干擾源各種形式產生的電磁干擾是影響電子設備電磁兼容性的主要因素,因此,研究干擾產生的根源是電磁兼容性設計中需要研究的重要內容。1.1內部干擾內部干擾是指電子設備內部各元部件之間的相互干擾,包括以下幾種。1工作電源通過線路的分布電容和絕緣電阻產生漏電造成的干擾(與工作頻率有關;2信號通過地線、電源和傳輸導線的阻抗互相耦合,或導線之間的互感造成的干擾;3設備或系統(tǒng)內部某些元件發(fā)熱,影響元件本身或其它元件的穩(wěn)定性造成的干擾;4大

4、功率和高電壓部件產生的磁場、電場通過耦合影響其它部件造成的干擾。1.2外部干擾外部干擾是指電子設備或系統(tǒng)以外的因素對線路、設備或系統(tǒng)的干擾,包括以下幾種。1外部的高電壓、電源通過絕緣漏電而干擾電子線路、設備或系統(tǒng);2外部大功率的設備在空間產生很強的磁場,通過互感耦合干擾電子線路、設備或系統(tǒng);3空間電磁波對電子線路或系統(tǒng)產生的干擾;4工作環(huán)境溫度不穩(wěn)定,引起電子線路、設備或系統(tǒng)內部元器件參數(shù)改變造成的干擾;5由工業(yè)電網供電的設備和由電網電壓通過電源變壓器所產生的干擾。2干擾的傳遞途徑如果干擾信號的波長又比被干擾的對象結構尺寸小,或者干擾源與被干擾者之間的距離>波長 2時,干擾信號可以認為是

5、輻射場,它以平面電磁波形式向外輻射電磁場能量進入被干擾對象的通路。干作者簡介:賈艷輝男1969年出生1997年畢業(yè)于太原理工大學助理工程師太原030053擾信號以漏電和耦合形式,通過絕緣支承物等(包括空氣為媒介,經公共阻抗的耦合進入被干擾的線路、設備或系統(tǒng)。當干擾信號的波長比被干擾對象的結構尺寸長,或者干擾源與干擾對象之間的距離>波長 2時,干擾信號可以認為是似穩(wěn)場,它以感應場形式進入被干擾對象的通路。干擾信號可以通過直接傳導方式引入線路、設備或系統(tǒng)。3電磁干擾抑制的原理3.1接地接地是抑制噪聲,防止干擾的一種方法。接地電是一個等電位點或等電位面,是電路或系統(tǒng)的基準電位,但不一定為大地電

6、位。為了防止雷擊可能造成的損壞和工作人員的人身安全,電子設備的機殼和機房的金屬構件等,必須與大地相連接,而且接地電阻一般要很小,不能超過規(guī)定值。電路的接地方式基本上有三類,即單點接地、多點接地和混合接地。單點接地是指在一個線路中,只有一個物理點被定義為接地參考點。其它各個需要接地的點都直接接到這一點上;多點接地是指某一個系統(tǒng)中各個接地點都直接接到距它最近的接地平面上,以使接地引線的長度最短。接地平面,可以是設備的底板,也可以是貫通整個系統(tǒng)的地導線,在比較大的系統(tǒng)中,還可以是設備的結構框架等;混合接地是將那些只需高頻接地點,利用旁路電容和接地平面連接起來。但應盡量防止出現(xiàn)旁路電容和引線電感構成的

7、諧振現(xiàn)象。3.2濾波濾波是抑制和防止干擾的一項重要措施。濾波器可以顯著地減小傳導干擾的電平,因為干擾頻譜成分不等于有用信號的頻率,濾波器對于這些與有用信號頻率不同的成分有良好的抑制能力,從而起到其它干擾抑制難以起到的作用。所以,采用濾波網絡無論是抑制干擾源和消除干擾耦合,或是增強接收設備的抗干擾能力,都是有力措施。用阻容和感容去耦合網絡,能把電路與電源隔離開,消除電路之間的耦合,并避免干擾信號進入電路。對高頻電路可采用兩個電容器和一個電感器(高頻扼流圈組成的CL C M型濾波器。濾波器的種類很多,選擇適當?shù)臑V波器能消除不希望的耦合。屏蔽是濾波中較常用的方法,就是對兩個空間區(qū)域之間進行金屬的隔離

8、,以控制電場、磁場和電磁波由一個區(qū)域對另一個區(qū)域的感應和輻射。具體講,就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個系統(tǒng)的干擾源包圍起來,防止干擾電磁場向外擴散;用屏蔽體將接收電路、設備或系統(tǒng)包圍起來,防止它們受到外界電磁場的影響。因為,屏蔽體對來自導線、電纜、元部件、電路或系統(tǒng)等外部的干擾電磁波和內部電磁波均起著吸收能量(渦流損耗、反射能量(電磁波在屏蔽體上的界面反射和抵消能量(電磁感應在屏蔽層上產生反向電磁場,可抵消部分干擾電磁波的作用,所以屏蔽體具有減弱干擾的功能。有時候采用屏蔽后仍不能滿足抑制和防止干擾的要求,可以結合屏蔽,采取平衡措施等電路技術。平衡電路是指雙線電路中的兩根導線與連接

9、到這兩根導線的所有電路,對地或對其它導線都具有相同的阻抗。其目的在于使兩根導線所檢拾到的干擾信號相等。這時的干擾噪聲是一個共態(tài)信號,可在負載上自行消失。另外,還可采用其它一些電路技術,例如接點網絡、整形電路,積分電路和選通電路等等?？傊?采用電路技術也是抑制和防止干擾的重要措施。4電磁干擾抑制的應用由于電子技術在各行各業(yè)中的廣泛應用,在人類活動的空間無處不充斥著電磁波,因此,電子設備不解決電磁波干擾問題,就不能兼容工作。在實際應用中,人們在研究抗干擾技術方面也積累了大量的經驗,不斷地研究出許多實用的方法來消除電磁干擾。汽車工作時,電磁干擾相當突出,嚴重時會損壞電子元器件。因此,汽車電子設備的電

10、磁環(huán)境最為惡劣,汽車電子設備的電磁兼容性問題也特別受到人們的重視。汽車點火所產生的高頻輻射最為突出。日本和美國等先進國家的環(huán)保部門為防止汽車電氣噪聲對環(huán)境的污染,規(guī)定只能使用帶阻尼(如碳芯的屏蔽線作為點火線,實踐表明這是很有效的措施。為了解決微電技術,尤其是計算機在汽車上的應用和推廣,根據需要和實際要求,可以設計出效果良好的濾波電路,置于前級可使大多數(shù)因傳導而進83山西焦煤科技2005年增刊入系統(tǒng)的干擾噪聲消除在電路系統(tǒng)的入口處;可以設置隔離電路,如變壓器隔離和光電隔離等解決通過電源線、信號線和地線進入電路的傳導干擾,同時阻止因公共阻抗、長線傳輸而引起的干擾;也可以設置能量吸收回路,從而減少電

11、路、器件吸收的噪聲能量;或通過選擇元器件和合理安排電路系統(tǒng),使干擾的影響減小。微機設備的軟件抗干擾主要是穩(wěn)定內存數(shù)據和保證程序指針。微機是一個可編程控制裝置,軟件可以支持和加強硬件的抗干擾能力。如果微機系統(tǒng)中隨機內存RAM 主要用于測量和控制時數(shù)據的暫時存放,內存空間較小,對存放的數(shù)據而言,若將采集到的幾組數(shù)據求平均值作為采樣結果,可避免在采集時因干擾而破壞了數(shù)據的真實性;如果存放在隨機內存中的數(shù)據因干擾而丟失或者數(shù)據發(fā)生變化,可以在隨機內存區(qū)設置檢驗標志;為了減少干擾對隨機內存區(qū)的破壞,可在隨機存儲器芯片的寫信號線上加觸發(fā)裝置,只有在CPU 寫數(shù)據時才發(fā)。軟件抗干擾的措施也很多,如數(shù)字濾波程

12、序、抗窄脈沖的延時程序、邏輯狀態(tài)的真?zhèn)闻袆e等。有時候,必須采用軟件和硬件相結合的辦法才能抑制干擾,常用的辦法是設置一個定時器,從而保護程序正常運行。由于電子技術應用廣泛,而且各種干擾設備的輻射很復雜,要完全消除電磁干擾是不可能的。但是,根據電磁兼容性原理,可以采取許多技術措施減小電磁干擾,使電磁干擾控制到一定范圍內,從而保證系統(tǒng)或設備的兼容性,例如,通信系統(tǒng)最初設計時,就應該嚴格進行現(xiàn)場電波測試,有針對性地選擇頻率及極化方式,避開雷達、移動通信等雜波干擾;高壓線選擇路徑時,應盡量繞開無線電臺(站或充分利用接收地段的地形、地物屏蔽;接收設備與工業(yè)干擾源設備適當配置,使接收設備與各種工業(yè)干擾源離開

13、一定距離;在微波通信電路設計中,為了減少干擾,可采用天線高低站方式調整微波電路反射點,并利用山頭阻擋反射波,使之不能對直射波形成干擾。另外,微波鐵塔是獨立的高大建筑物,應采用完善的接地、屏蔽等避雷措施。5結束語電磁干擾對電子設備的正常工作有著很大的影響,可能造成設備的不正常工作。因此,研究干擾產生的原因及抑制的方法在實際中的應用,對于生產生活有著重要的意義。重要的是掌握有關電磁兼容的基本原理,認真分析和試驗,就能選擇合適的解決問題方法。收稿日期2005-04-03參考文獻1李實,宋建平,李創(chuàng)社.瞬變電磁儀中幾種干擾的消除方法J .西安交通大學學報,2001.(4.2李海青,苗河生.優(yōu)化印制電路

14、板地線設計J .物探裝備,2002.(2:3537.Produce and Restra i n i ng of Electromagnetis m I n terference onElectron Equip m en tJ I A Yanhu iAbstract In the p ap er ,the i m po rtance of electrom agnetis m com p atib ility is set fo rth in electron e 2qu i pm en t and a few m ethods restrain ing electrom agnetis m in terference are in troduced by analyzing the roo t and app roach that the electrom agnetis m in terference resu lts from .L