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电磁兼容检测与优化探析

发表时间：2020/12/28 来源：《基层建设》2020年第24期作者：纪昱蕾

[导读] 摘要：电磁兼容是指在不干扰外界电磁波的条件下，使所涉及的技术设备在电磁波中正常运行。

        南昌市工业技术研究院 330000
        摘要：电磁兼容是指在不干扰外界电磁波的条件下，使所涉及的技术设备在电磁波中正常运行。为了满足这种运行需求，需要研究电磁兼容性，对设备进行检测和优化，针对不同的情况，采用不同的检测方法。该文重点分析了电磁兼容检测过程中容易出现的问题，并给予相应的解决措施，以此来帮助电器设备能够更安全的运行，也为人们的安全提供了有利的保障。
        关键词：电磁兼容检测；优化；分析
        电子电器产品以及相关的设备和系统，在运行过程当中想要保证其功能的正常性，则必须要实现电磁兼容性。这种类型问题已经是国内和国外业界普遍公认的事实。电子电器产品为了能够在市场竞争当中获得核心竞争力，在对产品展开设计和研发以及生产的环节当中，便将对于电磁电容性的研究工作作为重要的内容。在大多数情况下，在设计和研究电磁兼容性的时候，所遵循的标准要与GJB151A-97以及GJB152-97相符合。对于机电设备、电气设备以及军用电子设备和分系统的敏感度以及电磁发射性能等展开详细的规定，与此同时，还相应的说明了预安装关系和控制电磁干扰时的要求。编订完成的标准制度能够为装置平台预订安装的时候提供支持，为验收和设计设备的电磁兼容性提供依据和验收指标。
        一、产品电磁兼容性检测分析
        1）电磁兼容性不合格数据分析
        本来在研究的过程当中选取了两大类型号产品，并对其展开十次之多的电磁兼容性测试活动，并且分析检测结果。根据对检测的结果展开分析可以获得以下结论。
        第一，所有的项目在检验完成之后，项目合格率较高的有四项。分别为（1）25Hz到52kHz电源线传导敏感度；（2）电源线尖峰信号传导敏感度。（3）10kHz到400MHz电缆束注入传导敏感度。（4）25Hz到100kHz磁场辐射敏感度。
        第二，所有的项目在检验完成之后，按照从高到低的原则，降不合格概率的项目进行排列：10kHz到18GHz电场辐射发射>25Hz到10kHz电源线传导发射>10kHz到10MHz电源线传导发射>25Hz到100kHz磁场辐射发射>10kHz到40GHz电场辐射敏感度>10kHz到100MHz电缆和电源线阻尼正弦瞬变传导敏感度。
        第三，经过总结可以发现出现不合格概率。产品电磁兼容性检测项目基本上是电源线传导发射、磁场辐射发射、电场辐射发射和敏感度、电缆与电源线阻尼正弦瞬变传导敏感度。
        2）造成电磁兼容性不合格的原因
        分析与总结造成电磁兼容检测项目不合格的原因，可以得知导致不合格的现象来自于以下2个方面：第一，建设的接地系统存在着残缺现象，除此之外，不合理的屏蔽以及干扰源隔离也是导致出现干扰的因素之一。第二，用电的电源在使用的过程当中会因为自然界温度条件发生变化，从而导致电源的电压出现波动情况，所以电感负载以及电源供应器在使用的过程当中将会形成突波，从而影响到附近的相关线路。一言以蔽之，在使用电器电子产品的时候，产品所表现出来的电磁兼容性超标现象具有一定的系统性，其原因主要来自于两个方面，第一方面是电子设备在使用的过程中，其内部发生干扰。干扰在发生的时候，主要表现的现象是阻抗互相耦合发生在电源、导线以及地线在传输信号的时候，亦或者是在不同的导线内因为有互感出现而产生了相互影响，造成信号不稳定，当高电压的设备在投入使用中，将会出现磁场和电场，借助于耦合作用干扰其他的电器设备。电子电气设备在运行的过程当中，会因为静电而出现干扰。第二方面，外界自然环境的变化造成电子电气设备受到干扰，其中包含有电源在使用的过程当中发生了绝缘漏电而对电子线路、电子系统以及电子设备等产生干扰。在空间当中，在外部环境中运行功率较大的设备，将会有强大的磁场出现，由于受到互感耦合的影响，干扰到电子线路和电子设备的在正常运行。
        二、电磁干扰抑制技术
        电磁干扰抑制技术是优化设备或系统电磁兼容性的重要手段，对电子技术行业的发展有着至关重要的影响。电磁干扰抑制技术主要分为三类。

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        1）滤波
        该技术在运用过程中使用滤波器件分离干扰信号或噪声，能够从中获得有用信号。其中，滤波器件主要包括电容，电感、磁珠、电阻、共模电感等，为了提高工作质量与效率，可选择几种组合使用，电容、电阻与电感便是生活中最常见的滤波器组合，应用效果良好。这几种滤波器件有各自的特点与适用范围，工作人员应根据实际情况进行选择，以免降低电磁干扰抑制效果。例如磁珠主要在高频环境中使用，可增加自身阻抗，尽可能消除干扰因素。而共模电感利用相反的缠绕方向使流经线圈的电流产生同向磁场，以此增加线圈感抗及阻尼效果，进而削弱电磁干扰的影响。
        2）屏蔽
        利用导磁或导电性良好的材料制成屏蔽体，可将设备的内、外部进行分离，具有双向屏蔽性，能够控制电磁干扰的范围。屏蔽体能够利用反射、吸收与抵消等手段控制内部电磁波不外流，同时隔绝了外界环境的影响，主要用于家用电器的电磁干扰抑制。随着科学技术的不断发展，越来越多的材料用于屏蔽器制作，但屏蔽效果也有较大差别，综合考虑方方面面的因素，铜、铝是效果最好的屏蔽材料。
        3）接地
        该种技术具有操作简便、成本较低的优势，已经得到了广泛应用。接地后可将外界电磁场的影响控制在最低水平，抑制效果良好。电子设备在启动的瞬间会产生巨大的电磁波，给附近设备带来了严重影响，将设备外壳接地后，能量得到了释放，电磁干扰能力也随之减弱。除此之外，接地还可以确保设备运行安全，当设备的绝缘外壳损坏时，能将电流导入大地，保证了工作人员的生命安全。
        三、电磁兼容优化
        1）产品方案选择和设计思路、主要芯片及部件的选型过程中，不仅需要考虑降低辐射骚扰，而且还需要采取措施来提高射频辐射抗干扰能力。该过程中最好选择本身发射小的芯片，如工作速率低、翻转时间长的器件，尽量不选择高损耗、大功率的器件，因为其会产生较大的辐射源。同时，在进行机械和电路结构设计过程中，还需要预防电源电路所受到的外部骚扰，如快速脉冲群、电压跌落、浪涌、静电、电压变化等，并采取措施来降低无用谐波振荡幅度，避免诱发较强烈的电磁骚扰。
        2）各功能子模块与电源模块间存在密切的相关性，需要采取有效措施来避免其间的相互干扰。不同功能子模块之间往往存在一定的联系，最好在不同信号频率或功率模块间处理好与接口的关系，降低通过系统接口发射的干扰信号。通常情况下，电源线可以通过滤波器转入到系统中，此时的电源线一般选择双绞线，同时电源线严禁与信号线平行捆扎或走线，如果遇到不可避免的相交现象，可以选择十字相交的方式。对于输出线和输入线要尽可能避免捆扎在一起。所有走线最好紧贴地平面走线，并保证走线尽可能短。双绞的两根线通常是指信号回线和信号线，其可以有效抑制低频磁场产生的干扰现象。对于排线，信号回线和信号线需要紧密的排列在一起，从而提高电磁兼容的效果。
        结语
        进行电磁兼容优化时需要事先得知电磁骚扰源及耦合途径，并全面掌握电磁兼容的基本理论，随后结合电磁干扰抑制的多种技术进行整改。进行整改时首先需合理选择产品的内部元件，以免对正常运行造成影响。技术人员应重点关注电机、变换器、整流器、时钟电路及其他干扰源。针对带有天线的设备或系统，进行电磁整改时应考虑干扰的输出部位。如果是灵敏度较高的信号线、电缆或机壳，整改时应严格遵守相关规则，避免降低设备或系统的原有功能。断电法是较为常见的整改方式，利用轮流断电的方式逐渐缩小电磁兼容检测范围，随后用正常元件代替损坏部分。一般情况下，电源线互联电缆或PCB板上的走线是产生电磁干扰的重要部分，其干扰程度与谐波元件、非线性元件密切相关。抑制电磁干扰时应及时找到干扰源，分类整理电线电缆，在合理范围内削弱干扰。电子设备一般都安装了屏蔽元件，应将屏蔽装置作为整改的关键内容，判断整改是否过关。
        参考文献：
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        [3]李翠花，吴疆.基于电磁兼容技术的多层PCB布线设计[J].合肥学院学报（自然科学版），2017（3）：19-21，55.