電子設備干擾抑制技術

摘要：對電子設備產生干擾的原因及干擾抑制方法進行分析討論，提出了使電子設備正常工作應采取的各種抑制干擾的技術措施。

關鍵詞：電子設備；電磁兼容；干擾

The Interferences Suppression Technique of Electronic Equipments

ZHOU Yun, YU Pei-yi

Abstract:The interferences of the electronic equipmentsn technique of the interferences are analyzed and discussed.The vaious technical mearunes of the interference suppression are put forward,so the interferences are suppresed and the work of the electronic equipments are guarded.

Keywords:Electronic equipments; Electromagnetic compatibility(EMC); Interference?

1?? 引言

??? 任何電子設備產生的電磁干擾和響應過程，可以用輻射和傳導來描述干擾發生源，可以用輻射敏感性和傳導敏感性來描述響應接收設備特性，因此，所有電磁干擾的抑制方法可以從以下三個方面入手：

??? ——抑制電磁干擾源；

??? ——切斷電磁干擾耦合途徑；

??? ——降低電磁敏感裝置的敏感性。

??? 本文主要圍繞這三個方面討論提高電子設備電磁兼容性的措施，諸如選擇抑制電磁干擾的電路，采用合適的工作狀態；實施正確的搭接、接地、屏蔽、濾波、分層防護；采用合理分類布線等方法都能有效地抑制電磁干擾或降低敏感。各種方法在電子設備中不僅獨立使用，而且相互之間又存在著關聯。

??? 下面主要從接地、屏蔽和濾波等方面概述對干擾的抑制技術。

2?? 接地

??? 在電子設備中接地是抑制電磁噪聲和防止電磁干擾以及保護人員和設備安全的重要方法之一。要求電子設備時機座、金屬外殼必須可靠地接地，這是為了保護人員和設備的安全，稱為“保護接地”；另一類接地稱為“屏蔽接地”，指為抑制干擾而采用的屏蔽層（體）的接地，以起到良好的抗干擾作用。

2．1?? 目的

??? 接地的主要目的如下：

??? ——保護設備和人身安全，防止雷電危害和電源故障時發生電擊；

??? ——泄放靜電荷，以免設備內部放電造成干擾；

??? ——提高電子設備電路系統工作穩定性。

2．2?? 分類

2.2.1?? 懸浮地

??? 指電子設備地線系統與接大地系統及其他導電結構物相絕緣。主要抑制來自接線的干擾，如圖1所示。其優點是抗干擾性能好。缺點是電子設備容易產生靜電積累。當電荷積累達到一定程度時，會產生靜電放電，另外在雷電的環境下，靜電感應產生的高壓會在設備機箱內產生飛弧，成為破壞性很強的干擾源 ， 也 容 易 使 操 作 人 員 遭 到 電 擊 。

圖1?? 設 備 懸 浮 地

2.2.2?? 單點接地

??? 指電子設備中信號電路先參考于一點，然后把該點接至設施的接大地系統，如圖2所示。其優點是簡單實用，地線上其它部分的電流不會耦合進電路。缺點是需要大量導體，成本較高，而且隨著頻率升高，接地阻抗將增大，致使接地不理想。

圖2?? 設 備 單 點 接 地

??? 一般適用于工作頻率在1MHz以下的低頻設備與系統中。

2.2.3?? 多點接地

??? 指電子設備的各電路系統地線接至最近的低阻抗地線上，使接地線最短，如圖3所示。其優點是簡化電子設備內的電路結構，能有效地降低接地阻抗及減少地線間的雜散電感和分布電容造成電路間的相互耦合。缺點是對接地點的要求較高。要求盡量減少接地線的雜散電感和分布電容，強調良好的連接。

??? 主要適用于高頻電路多點接地。

圖 3?? 設 備 多 點 接 地

2.2.4?? 混合接地

??? 結合了單點接地和多點接地的特性，將設備低頻部分就近單點接地，高頻部分采用多點接地。

2．3?? 減小地線干擾的措施

2.3．1變壓器耦合

??? 變壓器只能傳輸交流信號，不能傳輸直流信號。因此對地線的低頻干擾具有較好的抑制能力，并且電路單元間傳輸的信號電流只能在變壓器繞組中流過，不流經地線，也可以避免對其它電路的干擾，如圖4所示。

圖 4??? 變 壓 器 耦 合

2．3.2?? 用同軸電纜傳輸信號

??? 用同軸電纜傳輸信號能有效抑制地環干擾。

2．3.3?? 光耦合器

??? 光耦合器把兩電路間的地環回路完全隔斷，更有效地抑制了地線干擾。

3?? 屏蔽

??? 屏蔽是提高電子系統和電子設備電磁兼容性的重要措施之一，它能有效地抑制通過空間傳播的各種干擾，既可阻止或減少電子設備內部的輻射電磁能對外的傳輸，又可阻止或減少外部輻射電磁能對電子設備的影響。????

??? 屏蔽按機理可以分為：電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽。

3．1?? 電場屏蔽

??? 電子設備中所涉及的電場一般均是交變電場，這樣，可把電位不同的兩個單元間的電場感應看作是兩者間分布電容的耦合，如圖5所示。圖中干擾源A的電位為UA，受感物B上的感應電壓為UB，由圖5可知：

圖 5?? 電 場 感 應 示 意 圖

??? UB=C1/(C1＋C2)UA

式中：C1——A、B間的分布電容（pF/m）

????? C2——受感物B對地的分布電容（pF/m）

??? 由上式知，為減小電場感應，可采取以下措施：

??? ——增加干擾源A與受感物B之間的距離，以減小分布電容C1；

??? ——將受感物B盡可能貼近地面（即底板、地線）安裝，以增大CA；

??? ——在A與B之間加入金屬屏蔽，作用是減小C1，如圖6所示。

圖6?? 金 屬 板 屏 蔽

??? 屏蔽體必須接地，最好直接接地。對于屏蔽體的形狀，最好是盒形和全封閉的，孔洞泄漏越小屏蔽效果越好。屏蔽體的厚度沒有要求，但材料要求用良導體，剛度和強度保證就可以了。

3.2?? 磁場屏蔽

??? 磁場屏蔽通常指對直流磁場或甚高頻磁場的屏蔽。其屏蔽的效果比電場屏蔽和電磁場屏蔽要差得多。在工程上抑制磁場干擾是一個十分棘手的問題。

??? 磁場屏蔽主要是利用高磁導率、低磁阻特性的屏蔽體對磁通所起的磁分路作用，使屏蔽體內部的磁場大大減小，如圖7所示。

圖7?? 磁 場 屏 蔽

??? 磁場屏蔽設計應遵循的原則如下：

??? ——磁屏蔽體應選用高磁導率的鐵磁性材料，防止磁飽和；

??? ——被屏蔽物與屏蔽體內壁應留有一定間隙，防止磁短路現象發生；

??? ——可增加屏蔽體壁厚，單層屏蔽體壁厚不宜超過2．5mm。若單層屏蔽體的屏蔽效果不好，可采用雙層屏蔽或多層屏蔽，也可防止磁飽和；

??? ——應使屏蔽體的接縫與孔洞的長邊平行于磁場分布的方向，圓孔的排列方向要使磁路增加量最小，目的是盡可能不阻斷磁通的通過；

??? ——屏蔽體加工成型后都要進行退火處理；

??? ——從磁屏蔽的機理而言，屏蔽體不需接地，但為了防止電場感應，一般還是要接地。

3．3?? 電磁場屏蔽

??? 電磁場屏蔽是利用屏蔽體阻止電磁場在空間傳播。電磁場屏蔽是靠對電磁波的反射和吸收來完成的，屏蔽效果與屏蔽體的厚度無關，這與電場屏蔽和磁場屏蔽不同。

4?? 濾波

??? 濾波器既可抑制從電子設備引出的傳導干擾，又能抑制從電網引入的傳導干擾。EMI濾波器主要是用于抑制干擾的濾波器。

??? EMI濾波器由線性元件電路組成，安裝在電源線與電子設備之間。它可使電源頻率通過，而阻止高頻噪聲通過，對提高設備的可靠性有重要作用。

4．1?? 結構

??? EMI濾波器由集中參數元件（電感、電阻和電容）構成無源網絡，如圖8所示。

圖8?? EMI濾 波 器 的 基 本 電 路 圖

圖中：Cx——抗差模電容，用于衰減差模干擾；

????? Cy——抗共模電容，用于衰減共模干擾；

????? R——電阻，用于消除在濾波器上可能出現的靜電積累；

????? L1、L2——共模電感線圈，它們所繞圈數相同，繞向相反，當濾波器接入電路后，兩只線圈內電流產生的磁通在磁環內相互抵消，不會使磁環達到磁飽和狀態，從而保持兩只電感值不變，可以獲得較好的濾波效果。

??? 在濾波器設計中選用X和Y電容器時，要重視其電容量、耐壓等級和安全等級的要求，因為它們直接關系到EMI濾波器的安全性能。

4．2?? 安裝

??? 在使用EMI濾波器時，要注意工作頻率和安裝位置。安裝要求如下：

??? ——應把濾波器外殼與設備金屬外殼牢固可靠地固定在一起，否則會增大接觸電阻，降低濾波性能；

??? ——避免濾波器的輸入導線與輸出導線存在耦合，以免降低濾波器對EMI信號的抑制能力，最有效的解決辦法是將濾波器安裝在設備機殼的進線處。

4．3?? 對濾波器的選用要求

??? 主要選用要求如下：

??? ——對濾波器進行插入損耗測試；

??? ——比較濾波器電路輸出阻抗與電源輸入阻抗，是否會影響濾波器的穩定性；

??? ——盡可能選擇能抑制自諧振的多級濾波器；

??? ——高輸入阻抗濾波器與低電源阻抗相匹配；

??? ——必須能承受偶然的高壓瞬變，如雷電沖擊。

5?? 結語

??? 電磁干擾不僅影響電子設備自身的正常工作，而且有可能影響到其它電子設備的正常工作，因此電磁兼容性是電子設備設計中必須考慮的問題。只有對電磁干擾產生的原因進行充分的分析和認識，然后采取相應的抗干擾措施，方可保證電子設備和電子系統正常工作。

參考文獻

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