抑制電磁干擾源的設計

葛寧

（西安航空職業(yè)技術學院 陜西 西安 710089）

電磁干擾是任何能中斷、阻礙、降低或限制電氣、電子設備有效性能的電磁能量，由電磁干擾源、干擾路徑、敏感設備構成。其中電磁干擾源的種類繁多，比如，地球表面的磁場強度約為5e－6特斯拉，雷電的大氣干擾、靜電和宇宙噪聲等；人為的電磁干擾源主要有含有整流子的直流電機換向時產生的電弧和電流變化、電器開關動作時產生的電弧和電流變化、非線性元器件工作時產生的諧波、高頻振蕩器和無線電發(fā)送設備的電磁輻射等等?？梢哉f電磁干擾源無處不在，下面結合實踐針對電子設備常遇見的電磁干擾源的抑制方法進行討論。

1 供電電源

供電電源，通常由于負載的通斷過渡過程、半導體元器件的非線性、脈沖設備及雷電的耦合等因素，而成為電磁干擾源。供電電源的電磁兼容的設計方法如下。

1.1 采用交流電源濾波器

由于交流電源濾波器是低通濾波器，不妨礙工頻電能的通過，而對高頻電磁干擾呈高阻態(tài)，有較強的抑制能力。使用交流電源濾波器時，應根據(jù)其兩端阻抗和要求的插入衰減系數(shù)選擇濾波器；要注意其承受電壓和導通電流的能力；屏蔽與機殼要電氣接觸良好；地線要盡量短，截面足夠大；進出線要遠離，而且濾波器應盡量靠近供電電源。

1.2 交流電源變壓器加靜電屏蔽

由于電源變壓器初、次級間存在分布電容，進入電源變壓器初級的高頻干擾能通過分布電容耦合到電源變壓器的次級。在電源變壓器初、次級間增加靜電屏蔽后，該屏蔽與繞組間形成新的分布電容。將屏蔽體接地，可以將高頻干擾通過這一新的分布電容引入地，而起到抗電磁干擾的作用。靜電屏蔽體應選擇導電性好的材料如0.3～0.5 mm的銅箔或鋁箔做，且首尾端不可閉合，以免造成短路燒毀變壓器。

1.3 脈沖電壓的吸收

對脈沖電壓的電磁干擾可以采用壓敏電阻、固體放電管或瞬態(tài)電壓抑制二極管來吸收。當脈沖電壓吸收器件承受一個高能量的瞬態(tài)過電壓脈沖時，其工作阻抗能立即降到很低，允許通過很高的電流，吸收很大的功率，從而將電壓箱制在允許的水平內。

壓敏電阻或固體放電管可應用于直流或交流電路。單向瞬態(tài)電壓抑制二極管應用于直流電路，而雙向瞬態(tài)電壓抑制二極管應用于交流電路。使用脈沖電壓的吸收器件時，應選擇其額定電壓略高于設備的最大工作電壓，以便無脈沖電壓時，吸收器件的功耗最少；當有脈沖電壓時，其箱位的電壓應低于設備的最高絕緣電壓，以便設備的安全；其通流能力應大于脈沖電壓所產生的電流。

1.4 直流電源的電磁兼容措施

整流電路的高頻濾波，即在整流管上并聯(lián)小電容（0.01 μF）進一步濾掉從變壓器進入的高頻干擾。直流退藕，即在直流電源和地之間并聯(lián)兩個電容，大電容（10～100 μF）濾掉低頻干擾，小電容（0.01～0.22 μF）濾掉高頻干擾。

2 暫態(tài)過程

暫態(tài)過程是由于機械觸點的分合、負載的通斷和電路的快速切換等致使電壓或電流的快速變化，而成為電磁干擾源。暫態(tài)過程的電磁兼容設計方法如下。

2.1 機械觸點的熄火花回路

機械觸點的熄火花回路由電阻（R）和電容（C）串聯(lián)組成。其原理是用電容轉換觸點分斷時負載電感（L）上的能量，從而避免在觸點上產生過電壓和電弧造成的電磁干擾，最終由電阻吸收這部分能量?；芈穮?shù)計算如下：

式中，R—電阻（歐）、L—負載電感（微亨）、Im—負載電感中的最大電流（安）、C取 C1、C2中最大者。

2.2 電感負載的續(xù)流回路和吸收回路

直流電路電感負載的續(xù)流回路是用二極管反并聯(lián)在電感負載上。當切斷電感負載時，其上的電流經二極管續(xù)流，不會產生過電壓而危及電路上的其他器件。參數(shù)選擇如下：

式中，IF—二極管正向平均電流、VRRM—二極管反向重復峰值電壓IN——電感負載的額定電流、VN—電感負載的額定電壓。

如果用壓敏電阻代替二極管，其效果會更好。因為壓敏電阻吸收能量更快，從而減小了動作響應時間。另外，壓敏電阻還可應用在交流電路電感負載的場合。應用壓敏電阻時應當注意壓敏電阻的標稱電壓、殘壓比、吸收能量能力、前沿響應時間等。

2.3 電容負載的限流回路

電容負載的限流回路由電阻（R）和開關并聯(lián)組成。其原理是用電阻限制電容負載開始投人時的短路電流，從而避免短路電流造成的電磁干擾。經過時間（T）將開關閉合，切除限流電阻。參數(shù)選擇如下：

式中，IN—負載的額定電流、VN—電源的額定電壓、C—負載的電容。

2.4 電路快速切換的電磁兼容措施

電路快速切換（包括可控硅換流、直流斬波、二極管關斷時的電荷存儲效應等）將導致電壓或電流的快速變化，而成為電磁干擾源。對此可采用如下電磁兼容措施：串聯(lián)緩沖電感，以降低電流變化率；并聯(lián)緩沖電容，以降低電壓變化率；用電感電容諧振電路代替直流斬波，以降低電流變化率或電壓變化率。

3 電磁輻射

電磁輻射包括電子設備內部和外部兩種電磁輻射源。其實任一電流的周圍都存在磁場，而變化的磁場會產生變化的電場，這種電磁場就是電磁干擾源。

電子設備中主要的電磁輻射源是大電流、高電壓的強功率電路和器件；電壓或電流快速變化的電路和器件以及高頻電路和器件。電磁輻射的電磁兼容設計方法主要采用電磁屏蔽的方法。即用屏蔽材料將電磁輻射源封閉起來，使其外部電磁場強低于允許值的一種措施。電磁屏蔽的技術原理主要有兩種：

一是反射，由于空氣和金屬屏蔽的電磁阻抗不同，使入射電磁電波產生反射作用。近場中的反射損耗R（dB）。

對磁場源而言：

二是吸收，進入金屬屏蔽內的電磁波在金屬屏蔽內傳播時，由于衰減而產生吸收作用。吸收損耗A（dB）：

式中，ηr—相對導磁率、σr—相對導電率、f—電磁波頻率（Hz）、d—屏蔽材料厚度（mm）、D—輻射源到屏蔽體的距離（m）

3.1 磁場屏蔽

采用導磁率高的材料作屏蔽體，它給低頻磁通提供一個閉合回路，并使磁力線限制在屏蔽體內。屏蔽體的導磁率越高，厚度越大，磁阻越小磁場屏蔽的效果越好。當然要與設備的重量相協(xié)調。例如，在雜散藕合可能引起有害作用的電路中，應選用帶有屏蔽的電感器和繼電器，并將屏蔽有效地接地。

3.2 電場屏蔽

采用導電率高的材料作屏蔽體，并將屏蔽體接地成為零電位，因而電場不會泄漏到屏蔽體外部。電場屏蔽以反射為主，因此屏蔽體的厚度不必過大，而以結構強度為主要考慮因素。

3.3 電磁場屏蔽

采用導電率高的材料作屏蔽體，并將屏蔽體接地成為零電位。它是利用屏蔽體在高頻磁場的作用下產生反方向的渦流磁場與原磁場抵消而削弱高頻磁場的干擾，又因屏蔽體接地而實現(xiàn)電場屏蔽。屏蔽體的厚度不必過大，而以趨膚深度和結構強度為主要考慮因素。

應當特別注意電磁屏蔽的完整性。如果屏蔽體不完整，將導致電磁場泄漏、渦流的效果降低，即屏蔽的效果變差。

4 結 論

電磁干擾是影響電子設備正常工作的主要因素，在電子設備在電路設計、結構設計中不斷的采取措施進行抑制，除以上干擾源討論外，也可以從傳播路徑和敏感體的角度進行電磁兼容性設計。

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