| 标题 | 设备电磁兼容性提升方法的探究 |
| 范文 | 摘 要：随着我国设备制造行业的不断发展，如何提高电气设备电磁兼容性的问题已经变得十分迫切。电磁兼容性是指设备或系统在其电磁环境中能正常运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁骚扰的能力。本文首先分析了设备电磁干扰的来源，然后分别从设备的线缆布局、电路板降噪、机壳设计以及接地技术四个方面探讨了提高设备电磁兼容性的方法。 关键词：设备；电磁兼容；提升；方法 一、提升设备电磁兼容性的意义 很多世界发达国家的设备制造商都十分重视设备电磁兼容性设计的研究，并制定了一系列相关的国际标准和行业标准。而在我国，电子设备制造行业的发展落后于发达国家，因此，目前国内对于设备电磁兼容性的研究主要还是针对电磁兼容认证测试，对设备出现的各类电磁兼容故障大多采用事后检测和改进的办法。因此，如何在设计过程中提高设备的电磁兼容性能，提高设备工作的可靠性、安全性，成为了一个非常重要和亟待研究的问题。 二、设备电磁干扰的来源 对于一台设备而言，设备中的线缆、印制电路板以及壳体都会对设备的电磁兼容性产生不同的影响。 （一）线缆对设备电磁兼容性的影响 在电子设备中，存在有不同功能的模块和器件，它们之前需要通过线缆相互连接，从而实现各种复杂的功能。当各条线缆相距很近时，线缆之间的寄生电容和电感，便会导致设备内部信号之间出现串扰，这种串扰对于低电平模拟信号的传输影响尤为严重，当设备内部信号发生串扰时，设备的抗电磁干扰能力和系统稳定性就会出现降低。 （二）印制电路板产生的电磁干扰 在印制电路板上，电源布线和信号布线是印制电路板电磁干扰的主要来源。由于在电源布线过程中会产生分布电容和分布电感，而印制电路板上的直流电源所驱动的负载通常又具有瞬态变化的特性，受分布阻抗的影响，负载电压或电流的瞬态变化会引起电源电压或电流发生瞬态变化，这样一来，电源布线中既含有直流电压，又含有瞬态变化的电压，瞬变电压又可能会产生高次谐波，这些都是产生电磁干扰的主要来源。在信号布线过程中，由于信号线在印制电路板中所占布线的比例较大，整个布线过程较为复杂，同时，每条信号回路都能形成电路系统中一个或大或小的“天线”，这些“天线”很容易被静电放电感应出大的电压或电流，从而增加了印制电路板对外界的电磁骚扰。 （三）机壳对抗电磁干扰能力的影响 常见的，设备机壳主要分为非金属机壳和金属机壳两大类。当设备采用非金属机壳时，辐射电磁场可以毫无阻拦地进入设备内部，并被内部电路和内部线缆所接收，从而对设备形成一定程度的干扰。当设备采用金属机壳时，外界辐射电磁场依然可以通过金属机壳上的孔和缝隙进入设备内部，从而对设备形成干扰。因此，机壳设计对于设备的抗电磁干扰能力有着十分关键的作用。 三、提高设备电磁兼容性的方案 通过对设备电磁干扰来源的分析，以下将探索相应的电磁兼容性提升方案。 （一）优化线缆布局 由于影响布线干扰的因素有电流、电压和頻率等，所以在设备布线设计前，须对电缆线按传输信号的强弱进行分类，以使线缆间可能发生的串扰降至最小。例如，可根据不同线缆的功率进行分类，功率相近的线缆可一并布线，功率差距较大的线缆须分开进行布线。对于设备外接线缆，为了避免外接线缆将干扰带入设备，可以在线缆进入设备的部位增加磁环。而对于高频外接线缆，需要尽可能在布线设计时将其长度进行缩短，必要时还需采用对线缆进行屏蔽措施，从而降低高频线缆对外界所产生的辐射。 （二）降低印制电路板产生的电磁干扰 针对电源布线产生的电磁干扰，可以通过在印制电路板上设置电源平面层的方式，以减小电源布线的分布阻抗，这种设计方法能使电路板上的各器件得到稳定的电压，同时，由于电源平面往返的电流值大小相等，能有效降低磁场干扰。针对信号布线所产生的电磁干扰，首先需要在设计阶段，尽可能对信号线的长度及回路面积进行减小，同时在高频信号线中增加用于吸收瞬变电压的器件，从而降低印制电路板对外界的电磁干扰。对于敏感区域，可以增加局部屏蔽来提高印制电路板的抗电磁干扰能力。 （三）机壳设计对设备抗电磁干扰能力的提升 对于非金属机壳而言，可在壳体底部增加一块金属板，该金属板能在一定程度上起到金属机壳的作用。在设计过程中，设备内含有的滤波器、电源、瞬变吸收器件，以及印制电路板都应尽可能的装在该金属板上，脉冲群将通过金属板与大地之间的分布电容形成干扰的返回通路。在要求更高的情况下，还可对非金属机壳表面进行导电性喷涂，经过导电性喷涂的机壳能对设备内部起到较好的屏蔽作用。对于金属机壳而言，主要是考虑机壳的孔洞及缝隙，这些都会影响金属机壳的导电连续性，从而对机壳的屏蔽作用产生破坏。在设计过程中，需尽可能减少机壳的孔缝尺寸，并且在结构设计过程中，将设备中的线缆或器件尽可能远离孔缝，从而降低外界辐射对设备内部电路的影响。 （四）采用正确的接地方法 除了上述三种提升设备电磁兼容性的方法外，采用正确的接地技术也能有效增强设备的抗电磁干扰能力。对于低频电路，建议采用单点接地的方式。即，一台设备中，首先确定一个公共电位的参考接地点，设备中凡是需要接地的模块或器件，均将其连接到这一参考接地点上。这样一来，信号就可以在不同电路或不同设备之间传输。对于高频电路，元器件的引脚和电路的布线电感之间增加了接地线的阻抗，而且地线间的分布电容和分布电感会造成电路间相互耦合，从而降低电路工作的稳定性。为了减少地线间的分布电容和分布电感造成电路间的相互耦合，高频电路建议采用就近接地的原则，把各条电路系统的地线就近接至低阻抗的地线上。 四、总结 通过上述对设备电磁兼容性问题的分析和讨论可以看出，要彻底的消除设备电磁干扰以及对外界所有电磁干扰进行阻隔是不可能的，只有在设计过程中意识到电磁干扰的重要性，并通过多重手段不断地对设备的电磁兼容性进行提升，才能使设备具有较好的抗干扰能力，同时将自身的电磁干扰抑制在一定范围。 参考文献： [1]张松春，赵秀芬，竺子芳，杨世宗.电子控制设备抗干扰技术及其应用[M].北京：机械工业出版社，1989. [2]蔡仁钢.电磁兼容原理、设计和预测技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，1997. [3]叶小舟.通信设备的电磁兼容性设计[J].电子质量，2005（2）. 作者简介：胡鹏路（1985-），男，工程硕士，工程师，研究方向：智能设备。 |
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