電子設(shè)備干擾抑制技術(shù)教材

1、電子設(shè)備干擾抑制技術(shù)摘要：對(duì)電子設(shè)備產(chǎn)生 干擾 的原因及干擾 抑制 方法進(jìn)行分析討論，提出了使電子設(shè)備正常工作應(yīng)采取的各種抑制干擾的 技術(shù) 措施。關(guān)鍵詞：電子設(shè)備；電磁兼容；干擾1 引言任何電子設(shè)備產(chǎn)生的 電磁干擾 和響應(yīng)過程， 可以用輻射和傳導(dǎo)來描述干擾發(fā)生源，可以用輻射敏感性和傳導(dǎo)敏感性來描述響應(yīng)接收設(shè)備特性，因 此，所有電磁干擾的抑制方法可以從以下三個(gè)方面入手：抑制電磁干擾源；切斷電磁干擾耦合途徑；降低電磁敏感裝置的敏感性。本文主要圍繞這三個(gè)方面討論提高電子設(shè)備電磁兼容性的措施， 諸如選 擇抑制電磁干擾的電路，采用合適的工作狀態(tài)；實(shí)施正確的搭接、接地、 屏蔽、濾波、分層防護(hù)；采用合理分類

2、布線等方法都能有效地抑制電磁干 擾或降低敏感。各種方法在電子設(shè)備中不僅獨(dú)立使用，而且相互之間又存 在著關(guān)聯(lián)。下面主要從接地、屏蔽和濾波等方面概述對(duì)干擾的抑制技術(shù)。2 接地在電子設(shè)備中接地是抑制電磁噪聲和防止電磁干擾以及保護(hù)人員和設(shè) 備安全的重要方法之一。 要求電子設(shè)備時(shí)機(jī)座、 金屬外殼必須可靠地接地， 這是為了保護(hù)人員和設(shè)備的安全， 稱為 “保護(hù)接地 ”；另一類接地稱為 “屏蔽 接地”，指為抑制干擾而采用的屏蔽層 （體）的接地， 以起到良好的抗干擾 作用。2 1 目的接地的主要目的如下： 保護(hù)設(shè)備和人身安全，防止雷電危害和 電源 故障時(shí)發(fā)生電擊； 泄放靜電荷，以免設(shè)備內(nèi)部放電造成干擾； 提高電

3、子設(shè)備電路系統(tǒng)工作穩(wěn)定性。2 2 分類 2.2.1 懸浮地主要抑制指電子設(shè)備地線系統(tǒng)與接大地系統(tǒng)及其他導(dǎo)電結(jié)構(gòu)物相絕緣。來自接線的干擾，如圖1所示。其優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性能好。缺點(diǎn)是電子設(shè)備 容易產(chǎn)生靜電積累。當(dāng)電荷積累達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生靜電放電，另外 在雷電的環(huán)境下，靜電感應(yīng)產(chǎn)生的高壓會(huì)在設(shè)備機(jī)箱內(nèi)產(chǎn)生飛弧，成為破 壞性很強(qiáng)的干擾源，也容易使操作人員遭到電擊。222 單點(diǎn)接地指電子設(shè)備中信號(hào)電路先參考于一點(diǎn)，然后把該點(diǎn)接至設(shè)施的接大地系 統(tǒng)，如圖2所示。其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單實(shí)用，地線上其它部分的電流不會(huì)耦合進(jìn) 電路。缺點(diǎn)是需要大量導(dǎo)體，成本較高，而且隨著頻率升高，接地阻抗將增大，致使接地不理想。圖2設(shè)

4、備單點(diǎn)接地般適用于工作頻率在1MHz以下的低頻設(shè)備與系統(tǒng)中2.2.3 多點(diǎn)接地指電子設(shè)備的各電路系統(tǒng)地線接至最近的低阻抗地線上，使接地線最 短，如圖3所示。其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化電子設(shè)備內(nèi)的電路結(jié)構(gòu)，能有效地降低接 地阻抗及減少地線間的雜散電感和分布電容造成電路間的相互耦合。缺點(diǎn) 是對(duì)接地點(diǎn)的要求較高。要求盡量減少接地線的雜散電感和分布電容，強(qiáng) 調(diào)良好的連接。主要適用于高頻電路多點(diǎn)接地。224 混合接地結(jié)合了單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地的特性，將設(shè)備低頻部分就近單點(diǎn)接地，高頻部分采用多點(diǎn)接地。2. 3減小地線干擾的措施2.3. 1變壓器耦合變壓器只能傳輸交流信號(hào)， 不能傳輸直流信號(hào)。因此對(duì)地線的低頻干擾 具有較好

5、的抑制能力，并且電路單元間傳輸?shù)男盘?hào)電流只能在變壓器繞組 中流過，不流經(jīng)地線，也可以避免對(duì)其它電路的干擾，如圖4所示。2. 3.2用同軸電纜傳輸信號(hào)用同軸電纜傳輸信號(hào)能有效抑制地環(huán)干擾。2. 3.3光耦合器光耦合器把兩電路間的地環(huán)回路完全隔斷，更有效地抑制了地線干擾。3屏蔽屏蔽是提高電子系統(tǒng)和電子設(shè)備電磁兼容性的重要措施之一，它能有效地抑制通過空間傳播的各種干擾，既可阻止或減少電子設(shè)備內(nèi)部的輻射電 磁能對(duì)外的傳輸，又可阻止或減少外部輻射電磁能對(duì)電子設(shè)備的影響。屏蔽按機(jī)理可以分為：電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽和電磁場(chǎng)屏蔽。3. 1 電場(chǎng)屏蔽電子設(shè)備中所涉及的電場(chǎng)一般均是交變電場(chǎng)，這樣，可把電位不同的兩個(gè)單

6、元間的電場(chǎng)感應(yīng)看作是兩者間分布電容的耦合，如圖5所示。圖中干 擾源A的電位為UA，受感物B上的感應(yīng)電壓為 UB，由圖5可知:*CiI11J111Z X X X/ / /圖5電場(chǎng)感應(yīng)示意圖UB二C1/（C1 + C2）UA式中：C1 A、B間的分布電容（pF/m）C2受感物B對(duì)地的分布電容（pF/m）由上式知，為減小電場(chǎng)感應(yīng)，可采取以下措施：增加干擾源A與受感物B之間的距離，以減小分布電容 C1 ；CA ；將受感物B盡可能貼近地面（即底板、地線）安裝，以增大在A與B之間加入金屬屏蔽，作用是減小C1，如圖6所示。IP-圖6金屬板屏蔽屏蔽體必須接地，最好直接接地。對(duì)于屏蔽體的形狀，最好是盒形和全封閉

7、的，孔洞泄漏越小屏蔽效果越好。屏蔽體的厚度沒有要求，但材料要 求用良導(dǎo)體，岡肢和強(qiáng)度保證就可以了3.2磁場(chǎng)屏蔽磁場(chǎng)屏蔽通常指對(duì)直流磁場(chǎng)或甚高頻磁場(chǎng)的屏蔽。其屏蔽的效果比電場(chǎng)屏蔽和電磁場(chǎng)屏蔽要差得多。在工程上抑制磁場(chǎng)干擾是一個(gè)十分棘手的問題。磁場(chǎng)屏蔽主要是利用高磁導(dǎo)率、低磁阻特性的屏蔽體對(duì)磁通所起的磁分路作用，使屏蔽體內(nèi)部的磁場(chǎng)大大減小，如圖7所示。圖7磁場(chǎng)屏蔽磁場(chǎng)屏蔽設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則如下：磁屏蔽體應(yīng)選用高磁導(dǎo)率的鐵磁性材料，防止磁飽和；被屏蔽物與屏蔽體內(nèi)壁應(yīng)留有一定間隙，防止磁短路現(xiàn)象發(fā)生；可增加屏蔽體壁厚，單層屏蔽體壁厚不宜超過2. 5mm。若單層屏蔽體的屏蔽效果不好，可采用雙層屏蔽或多層屏

8、蔽，也可防止磁飽和；應(yīng)使屏蔽體的接縫與孔洞的長(zhǎng)邊平行于磁場(chǎng)分布的方向，圓孔的排列方向要使磁路增加量最小，目的是盡可能不阻斷磁通的通過；屏蔽體加工成型后都要進(jìn)行退火處理； 從磁屏蔽的機(jī)理而言，屏蔽體不需接地，但為了防止電場(chǎng)感應(yīng)，一 般還是要接地。3 3 電磁場(chǎng)屏蔽電磁場(chǎng)屏蔽是利用屏蔽體阻止電磁場(chǎng)在空間傳播。 電磁場(chǎng)屏蔽是靠對(duì)電 磁波的反射和吸收來完成的，屏蔽效果與屏蔽體的厚度無關(guān)，這與電場(chǎng)屏 蔽和磁場(chǎng)屏蔽不同。4 濾波濾波器既可抑制從電子設(shè)備引出的傳導(dǎo)干擾， 又能抑制從電網(wǎng)引入的傳 導(dǎo)干擾。 EMI 濾波器主要是用于抑制干擾的濾波器。EMI 濾波器由線性元件電路組成， 安裝在電源線與電子設(shè)備之間

9、。 它可 使電源頻率通過， 而阻止高頻噪聲通過， 對(duì)提高設(shè)備的可靠性有重要作用。4 1 結(jié)構(gòu)EMI 濾波器由集中參數(shù)元件（電感、電阻和電容）構(gòu)成無源網(wǎng)絡(luò)，如圖 8 所示。圖8 EMI濾波器的基本電路圖圖中：Cx 抗差模電容，用于衰減差模干擾；Cy抗共模電容，用于衰減共模干擾；R電阻，用于消除在濾波器上可能出現(xiàn)的靜電積累；L1、L2共模電感線圈，它們所繞圈數(shù)相同，繞向相反，當(dāng)濾波器 接入電路后，兩只線圈內(nèi)電流產(chǎn)生的磁通在磁環(huán)內(nèi)相互抵消，不會(huì)使磁環(huán) 達(dá)到磁飽和狀態(tài)，從而保持兩只電感值不變，可以獲得較好的濾波效果。在濾波器設(shè)計(jì)中選用 X和Y電容器時(shí)，要重視其電容量、耐壓等級(jí)和 安全等級(jí)的要求，因?yàn)樗?/p>

10、們直接關(guān)系到EMI濾波器的安全性能。4. 2安裝在使用EMI濾波器時(shí)，要注意工作頻率和安裝位置。安裝要求如下：應(yīng)把濾波器外殼與設(shè)備金屬外殼牢固可靠地固定在一起，否則會(huì)增 大接觸電阻，降低濾波性能;避免濾波器的輸入導(dǎo)線與輸出導(dǎo)線存在耦合，以免降低濾波器對(duì)EMI 信號(hào)的抑制能力， 最有效的解決辦法是將濾波器安裝在設(shè)備機(jī)殼的進(jìn)線處。4 3 對(duì)濾波器的選用要求主要選用要求如下： 對(duì)濾波器進(jìn)行插入損耗測(cè)試；比較濾波器電路輸出阻抗與電源 輸入阻抗 ，是否會(huì)影響濾波器的穩(wěn) 定性；盡可能選擇能抑制自諧振的多級(jí)濾波器； 高輸入阻抗濾波器與低電源阻抗相匹配； 必須能承受偶然的高壓瞬變，如雷電沖擊。5 結(jié)語電磁干擾不僅影響電子設(shè)備自身的正常工作， 而且有可能影響到其它電 子設(shè)備的正常工作，因此電磁兼容性是電子設(shè)備設(shè)計(jì)中必須考慮的問題。 只有對(duì)電磁干擾產(chǎn)生的原因進(jìn)行充分的分析和認(rèn)識(shí)，然后采取相應(yīng)的抗干 擾措施，方可保證電子設(shè)備和電子系統(tǒng)正常工