浅议电子装置存在的电磁兼容问题

陈欣超 曾令优 黄勇 叶瑀 陈朝霞

摘要：电子科学技术是指利用能源电子装置对能量进行转换与管理的科学技术，由于能源电子装置在电能转换中的应用，能源电子装置的高频化与大容量化，以及逐渐形成的难以控制的宽带接地装置，对电网与周边环境所带来的电磁环境污染日益受到人们重视。电子装置的电磁兼容问题的处理不但关乎到电气设备自身的正常工作，还关乎到其余电力设备的顺利工作。该文重点总结了电子装置中EMC特性，并剖析了当前深入研究电子装置中EMC问题的方法与走向。

关键字：电磁兼容性;电子装置;电磁影响;EMS

一、引言

电磁兼容性能（EMC）是指装置或系统在其周围电气环境中符合设计要求运行，而不对其周围环境中的其他电子设备产生无法忍受的电磁辐射的能力。随着现代科技的发展，越来越普遍应用的微电子技术以及城市电气化的建设逐渐进行，从而产生了复杂多变的电磁环境，设备在接收其他电磁辐射的同时自己也成为一种干扰源。所以要同时深入研究设备的抗干扰与发射性。进一步地深入研究与处理电磁环境中设备内部及其系统之间相互作用所有关的问题，也推动着电磁兼容科学技术的快速发展。

二、电子装置中的EMC问题特点

电子技术的使用范围一直非常广阔。不过，由于能源电子装置的应用与发展，也必将引起它在周围环境中所形成的电磁场电平的进一步扩大，这就是说，电力设备将必然的在电磁环境中工作。所以，应该克服电子设备在电磁环境中的适应能力，以克服电子装置中的电气兼容性问题。

（一）电子装置中的 EMI 问题

电子装置的电磁干扰行为的形成，必须符合以下三个必要条件：第一是干扰源;第二是扰动的耦合途径;三是影响敏感设备。三者共同组成了影响电气设备正常运行的三种基本要素。對能源或电子设备的电磁干扰产生因素主要有：

（1）电子设备设计的原因

电子仪表将朝着"轻、薄、短、小"和多用途、效率高以及成本低方面蓬勃发展。塑料机箱、塑胶部件及面板广泛地使用在电子产品上，因此外界电磁波很易透过机壳及面板传播，对仪器设备的工作形成了不利的影响，而仪器设备所产生的电磁波，又极易放射到附近空气，影响其它电子产品的工作。从而使这些电子产品能达到电磁兼容性要求。

（2）二极管的反向恢复时间引起的干扰

高频整流电路中的整流电路二极体在正向导通时会有很大的正电流流过，当它受到反向偏电流影响而转为截止时，因为PN结中有比较多的少数载流子积聚，所以在少数载流子消失以前的一段时间内，输出电流就会反向流过，从而造成少数载流子消失以后的反向恢复，输出电流急剧下降而引起了较大的输出电流改变（di/dt）。开关管在导通时，会流过很大的脉冲电流。在使用零电压、零电压开关时，这些谐波影响也会很小。此外，大功率开关管在截止时间，因高频变压器绕组漏感所引起的电压突变，也会形成尖峰影响。

（3）交流输入回路产生的干扰

工频变压器的电源进入端整流管，在反向恢复过程中会形成高频衰减或者振荡，形成影响。而电源系统所形成的尖峰干涉或者高频谐波干涉等能量，经由电源系统的输入输出总线传递出去，所形成的影响就叫做热传导影响;而形成谐波传动和寄生振荡的电能，在经由进口或输出线路传递时，都会在空中形成电场和磁场。而这些电流通过电磁辐射所形成的影响，叫做辐射干涉。

（二）电子装置的 EMS 问题

EMS技术方面，比较通讯控制系统，电子装置的控制器一般门限电流更高、宽度也更大，这就很易于使人认识为能源电子装置的EMS问题较比电气通讯控制系统中的要更易于处理。但是，以下几个事实使能源与电子设备的EMS相关问题仍然不能忽略：

（1）存在着更大的噪声强度。电子设备的噪声压力可以达几百伏或者上千伏，而di/dt和du/dt则可以依次超过一百零三A/μs和104V/μs。

（2）由于电子装置的大部分电磁辐射源在低功率集成电路组成部分，噪音频率范围相当之广尤其是在低频区域内能获得几赫兹的频率范围，这就导致了通过传统方式如屏蔽和滤波器控制的电磁噪音传播显得相当麻烦。

（3）电子设备的功率集成电路部分，与监控电路板一般放置在同一个箱体中，并且有时运用于现场要求电子设备间采用几十米长度的线缆与其负荷连接，从而所产生的电磁干扰源和电气噪音，敏感集成电路间的电气噪音传递主要采用传输和近场耦合的方式。这些电气空间和边界条件上的不规则和复杂性，导致了电磁兼容设计工作显得非常繁琐。

三、电磁兼容设计的主要方法

电磁兼容工程设计的核心技术是对电磁干扰源的研制，从电磁干扰源处抑制其低频电磁辐射是最治本的办法。限制干扰源的发生，除从电磁干扰源形成的机制入手以减少其所形成电磁噪声的电平之外，还须更普遍地使用遮蔽（包含阻隔）、过滤和接地等技术。

1.屏蔽与隔离

屏蔽层一般使用各类导电性建筑材料，通常制作为各类壳体并与大地连通，以切断利用与空气的静电耦合、与电感耦合作用以及交变电磁场技术耦合作用所产生的电气噪声传递路径。元件装配时要求导热性能较好的绝缘片加以绝缘，办法就是通过在二个绝缘片中间夹着一遮蔽片，并将遮蔽片接入直流输出上，从而切断了射频传导干扰电流向输入电网传递的路径。采用电气遮蔽的方式加工成的遮蔽罩可以有效控制由开关供电所产生的辐射，以及电气扰动对一些电子设备元件产生的危害。电源的某个组成部分通过和大地连通可达到抑制干扰的效果。隔断技术一般利用继电器开关、屏蔽变压器系统或电光隔离器等元件，来截断以电气噪声的传导形式的传递路径，其优点是把二个部分电路的接地线系统隔绝起来，从而切断了利用电阻进行耦合的可能性。

2.滤波

滤波电路，是在频谱区域上处理电磁噪音的技术，给电磁噪音创造了一个可以降低阻抗的通道，以达到抑制电磁辐射干扰的目的。因此，电源滤波器对五十Hz的电源频谱呈高阻抗，但对电磁噪声频率则呈低阻抗。

3.接地

接触，是指透过在系统的某些选定地点和某些连结地面之间形成导电的低电流的通道，将体系中元素的零电势值相互连接开来，然后再将它们在一起和某些等价于"地"的基准点连接起来。具体方法应该把理想化的接地体视为一个零电位、零输入电流的物理实体，看作与各相关电路中信号电平相同的参考点，任何不要求的输入电压经过它都不形成电压降。这样，当出现直接雷电的电磁感应时，则可防止对电气设备的破坏;当工作频段交流电源的输入电压，由于绝缘不足或其它因素而直接与外壳相连时，就可减少作业人员的触电事件发。目前基本连接技术主要有浮地、单点连接、一点连接和混合连接等四类。

结论：一个设计理想中的电子设备或系统必须既不辐射任何不想要的能量，也必须不受到其他不想要有的电能的影响。但是因为电气技术使用比较普遍，以及对各种干扰性电子设备的辐射很复杂，要彻底减少对电子设备操作是不可能的。不过，按照电磁兼容性原理，可通过多种技术措施降低对电子设备操作，将接地装置限制在规定范围内，从而保证了系统或装置的可靠性。在电子科学技术高速发展的今天，怎样突破了以往在开展电磁兼容性设计研究时的经验法和尝试法，使电子设备电磁兼容性设计逐步步入新的系列化设计的轨道上，是国内外研究者所面对的重点问题。

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