設(shè)備電磁兼容性提升方法的研究

唐 鵬

（中國電力科學研究院有限公司，湖北 武漢 430074）

0 引 言

隨著電子設(shè)備制造業(yè)的快速發(fā)展，人們越來越重視設(shè)備電磁兼容性。過去采用的事后檢測和改進方法，不僅增大了經(jīng)濟損失，而且提高了安全風險。因此，需在設(shè)計生產(chǎn)階段降低設(shè)備的電磁干擾能力，提升設(shè)備的電磁兼容性能。

1 電磁兼容性

電 磁 兼 容 性（Electromagnetic Compatibility，EMC）主要是指設(shè)備在所處電磁環(huán)境中能正常工作，同時其產(chǎn)生的電磁干擾不影響相鄰其他設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)[1]。設(shè)備電磁兼容性主要包括兩點。第一，設(shè)備應具備一定抗電磁干擾能力，能抵抗所處環(huán)境中其他設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾。第二，設(shè)備在運轉(zhuǎn)中會產(chǎn)生電磁干擾，其產(chǎn)生的電磁干擾不影響所處區(qū)域其他設(shè)備的正常工作[2]。

2 影響設(shè)備電磁兼容性的因素

結(jié)合設(shè)備電磁兼容性的要點分析，影響設(shè)備電磁兼容性的因素主要分為兩種。第一，抗電磁干擾能力；第二，電磁干擾能力。

2.1 抗電磁干擾能力

影響抗電磁干擾能力的因素主要表現(xiàn)在接地方法和機殼設(shè)計，接地方法不當或機殼設(shè)計不合理都可能降低設(shè)備的抗電磁干擾能力[3]。

2.1.1 接地方法的影響

設(shè)備現(xiàn)場安裝時，接地是重要步驟，若接地方法不當，將可能造成設(shè)備抗電磁干擾能力減弱。例如，高頻電路的地線連接中，如果采用同一接地線路完成各元器件的接地，那么設(shè)備的運行線路將可能受到接地線分布電容和分布電感的耦合影響出現(xiàn)可靠性降低的現(xiàn)象，進而影響設(shè)備的電磁兼容性。

2.1.2 機殼設(shè)計的影響

設(shè)備生產(chǎn)制造時，機殼材料主要分為金屬型和非金屬型。非金屬型機殼的抗電磁干擾能力較弱，外界形成的干擾電磁場能輕松地穿過機殼，干擾內(nèi)部電器元件正常工作，進而影響設(shè)備的穩(wěn)定性。金屬型機殼的抗電磁干擾能力強，但干擾電磁場仍可透過金屬機殼的縫隙進入設(shè)備內(nèi)部，進而影響設(shè)備的穩(wěn)定性。因此，設(shè)計機殼時，需增大抗電磁干擾能力。

2.2 電磁干擾能力

電子設(shè)備運轉(zhuǎn)中會產(chǎn)生干擾電磁場，不僅影響自身安全運行，而且干擾鄰近區(qū)域設(shè)備。設(shè)備運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電磁干擾能力主要與設(shè)備線纜和印制電路板有關(guān)。

2.2.1 線纜的影響

較復雜的電子設(shè)備內(nèi)部必然由多種功能模塊和元器件相互連接構(gòu)成，線纜在連接中起重要作用。設(shè)備中線纜布置的科學性和合理性也影響設(shè)備的電磁兼容性。通常設(shè)備工作中，線纜之間會形成寄生電容和電感。當相鄰線纜之間功率差異過大、距離過近時，其產(chǎn)生的輻射電磁場將變強，產(chǎn)生的電磁干擾能力將越大。由于電磁干擾產(chǎn)生于設(shè)備內(nèi)部，較易造成設(shè)備內(nèi)部信號串擾，影響設(shè)備內(nèi)部正常信號傳輸，進而影響設(shè)備的穩(wěn)定性[4]。

2.2.2 印制電路板的影響

印制電路板是影響設(shè)備電磁干擾能力的主要因素之一。印制電路板中，電源布線和信號布線是產(chǎn)生電磁干擾的主要因素。電源布線產(chǎn)生的電磁干擾與印制電路板驅(qū)動的負載有關(guān)。負載運行中會隨所處狀態(tài)的變化而變化，電源布線電壓則隨負載的變化而變化。不斷變化的電壓在印制電路板中較易形成高次諧波，進而產(chǎn)生電磁干擾能力。信號布線產(chǎn)生的電磁干擾與信號線在印制電路板中所占比例有關(guān)，比例越大，其產(chǎn)生的電磁干擾能力越強[5]。此外，每個信號布線回路在印制電路板中都可看作一個電磁放大器，內(nèi)部靜電感應作用在每個信號布線回路上，較易感應出更大電壓，從而形成更大的輻射電磁場，對外界產(chǎn)生更強的電磁干擾能力。

3 提升設(shè)備電磁兼容性的方法

3.1 科學采用接地方法

正確的接地方法能增強設(shè)備的抗電磁干擾能力，提升設(shè)備的電磁兼容性。具體接地時，可按照低頻電路和高頻電路選擇對應的接地方法。對低頻電路接地時，可將設(shè)備中各模塊或元器件連接到同一個接地點進行接地，不僅有助于各模塊或元器件間的信號傳輸，而且還有效提升了設(shè)備的電磁兼容性；對高頻電路接地時，受線路的阻抗影響，其電磁干擾能力增大，影響各模塊或元器件的穩(wěn)定性，需采取就近接地原則。

3.2 優(yōu)化機殼設(shè)計

優(yōu)化設(shè)備機殼設(shè)計是快速提升設(shè)備抗電磁干擾能力的方法。如果機殼采用非金屬材質(zhì)，可采用兩種優(yōu)化處理方式。第一，在機殼底部位置增設(shè)金屬板，然后將設(shè)備內(nèi)易產(chǎn)生輻射電磁場的元器件或模塊安裝在金屬板上，利用金屬板與大地之間的分布電容形成干擾返回通路。第二，對非金屬材質(zhì)機殼表面進行導電性噴涂，噴涂后的機殼具備屏蔽作用。如果機殼采用金屬材質(zhì)，應對機殼表面的縫隙或孔洞做優(yōu)化處理，盡量減小機殼裝配縫隙尺寸，同時讓設(shè)備內(nèi)部的重要元器件遠離孔洞口，以降低外界的電磁干擾。

3.3 規(guī)范線纜的布設(shè)

設(shè)備內(nèi)部線纜布設(shè)時，應充分考慮電磁干擾的影響。可按照信號強弱進行歸類，以免不同頻率線纜之間產(chǎn)生較強的輻射電磁場。線纜布設(shè)時，首先需了解不同線纜之間的功率，然后將功率相近的線纜統(tǒng)一布設(shè)，并將功率較高或功率較低的線纜分開布設(shè)。如果線纜屬于外接線纜，需做防護處理，以降低輻射強度。對于高頻外接線纜，不僅需縮短線纜在設(shè)備內(nèi)部的長度，還需對進入部位做屏蔽處理[6]。

3.4 優(yōu)化信號布線和電源布線

為有效降低電源布線變化電壓和變化電流產(chǎn)生的電磁干擾，可采用設(shè)置電源平面層的方式進行電源布線設(shè)計。利用該方式能有效平衡各元器件的電壓和電流，使各元器件中的電壓值和電流值趨于穩(wěn)定，進而降低電磁干擾。信號線布設(shè)時，可通過優(yōu)化信號線回路長度和添加吸收瞬變電壓的器件進行優(yōu)化。此外，對于較敏感的區(qū)域，可采用專門的屏蔽處理。

4 結(jié) 論

電子設(shè)備運行中不可能完全消除電磁干擾，但能通過一系列優(yōu)化措施提高抗電磁干擾能力和降低電磁干擾能力，從而提高電磁兼容性。