（一）引言

随着电子技术应用的日益广泛,电子设备越来越复杂,电磁环境日趋恶劣,人类生存活动空间中存在着越来越复杂的电磁场,它影响了电气电子设备和系统的正常工作和性能,对人类的生存活动也产生了越来越重大的影响因此,如何在整个或某个局部空间环境中,尽量减少以至消除电磁污染对人体健康和设备功能的影响,实现电磁兼容,成为人类需要特别关注并着力解决的重大技术难题之一

（二）电磁干扰

按我国军用标准GJB72-85给出的定义,电磁兼容(EMC)是指设备(分系统系统)在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态也就是说,处于同一电磁环境中的所有电气设备和系统,都能按照设计的功能指标要求满意地工作,互不产生不允许的干扰,这就是电磁兼容的,否则就是电磁不兼容的

众所周知,电磁干扰形成必须同时具备三个因素:电磁干扰源,耦合通道和敏感设备电磁干扰源可以分成两类:人为干扰源和自然干扰源人为干扰源的种类比较繁多,比如广播电视通信雷达工业医疗设备机动车干扰都属于人为干扰源;自然干扰源有雷电热噪声等电磁干扰(EMI)传播方式一般有两种:电路传输的传导方式和空间传播的电磁辐射耦合方式传导方式耦合可以分成直接传导耦合公共阻抗耦合和转移阻抗耦合;辐射干扰的主要耦合途径有天线耦合闭合回路耦合和导线感应耦合敏感设备是受干扰影响的系统设备和电路等敏感设备的电磁敏感度越高,抗干扰能力越差

在已知电磁干扰的三要素后,可以分析在电气设备的设计过程中实现电磁兼容就是要破坏电磁干扰形成的条件:

(1)消除或抑制噪声干扰源；

(2)切断或限制噪声干扰传播途径；

(3)提高敏感设备的抗干扰能力。

在实际的工作中,会有来自成本压力技术等方面的约束和限制,不可能从三个方面都采取措施,此时,往往以尽可能高的电磁兼容性效费比作为电磁干扰消除或抑制的总的出发点

（三）电磁兼容设计的基本方法

在电子产品的实际开发研制过程中,研发人员对产品EMC设计的三大手法是:屏蔽滤波接地

（1）屏蔽

屏蔽的原理

屏蔽是以某种导电材料或导磁材料制成的屏蔽体将需要防护的区域封闭起来,形成电磁隔离,达到阻隔或减少电磁能传播的一种有效的电磁干扰技术屏蔽的原理是利用屏蔽体对干扰电磁波的吸收反射来达到减弱干扰能量的作用

屏蔽的分类

屏蔽有多种不同的分类方法,按屏蔽原理不同,屏蔽可分为电屏蔽磁屏蔽和电磁屏蔽;按屏蔽对象的不同,屏蔽可分为主动屏蔽和被动屏蔽

主动屏蔽是屏蔽干扰源,需要注意的是屏蔽体必须良好接地被动屏蔽是屏蔽敏感设备磁场屏蔽是抑制噪声源和敏感设备之间由于磁场耦合所产生的干扰屏蔽体是用高导磁率材料,有效防止低频磁场的干扰其屏蔽效能主要取决于屏蔽材料的导磁系数,材料的磁导率愈高,磁阻愈小,屏蔽效果就愈显著磁场屏蔽又分为低频磁屏蔽和射频磁屏蔽低频磁屏蔽通常采用铁磁性材料如铁硅钢片等进行磁场屏蔽,高频磁屏蔽要用良导电金属如铜铝等做屏蔽材料电磁屏蔽主要用于防止在高频下的电磁感应,采用良导电材料作屏蔽体,就能同时对高频电场和磁场起到屏蔽的作用

屏蔽效能与屏蔽材料直接相关对于近场电场和远场电磁屏蔽,应该采用高电导率金属屏蔽体,并且要良好接地对于近场低频磁场屏蔽,可采用铁硅钢片坡莫合金等高导磁率铁磁性材料进行磁屏蔽,对于近场高频磁屏蔽,应该采用高电导率金属屏蔽体,而无需接地当然,在考虑屏蔽材料时还要考虑材料的加工特性以及材料的耐腐蚀性能的选择

屏蔽的结构及使用要点

屏蔽效能还与屏蔽体结构有直接的关系电屏蔽体最好设计为盒形结构,而盒形结构有两种,单层盖结构和双层盖结构由于双层盖结构比单层盖结构多了一层衰减,所以屏蔽效能更高,效果更好磁屏蔽应该采用盒状筒状或柱状等结构

电磁屏蔽是利用屏蔽对干扰电磁波的反射和吸收来达到减弱干扰能量的目的的,电磁屏蔽采用板状盒状筒状柱状屏蔽体由于屏蔽体上会不可避免地存在或多或少的孔隙结构,比如接缝中的缝隙散热孔插件的安装孔以及信号电缆线的出入口等等为了最大限度地减小孔隙结构对屏蔽效能的影响,在实际的开发过程中应该改进孔隙结构可以采用的方法有:增加接缝处的重叠量,使用铆钉等紧固结合面以及填抹导电涂料等方法实际工程中的机箱机柜上总会有许多电缆或信号线进出,对这些电缆和信号线可以采用屏蔽或滤波等措施,以达到抑制干扰,提高屏蔽效能的目的

上图是某特种空调电控线路板图片为了防止电控线路板的主芯片ST72F324受到电磁干扰,引起机器死机或CPU复位等故障,使用屏蔽体(铁盒)对其进行屏蔽

（2）滤波

电磁兼容采用的另一个重要的方法是滤波滤波器可以消除或抑制干扰信号滤波器常常用来弥补设计不周全带来的干扰等缺陷在工程上来讲,滤波的可靠性低于屏蔽和接地,并且使用滤波器较屏蔽和接地会增加更多的设备制造成本所以不到万不得已,应该少采取滤波器来抑制干扰滤波器中也有一些比较特殊的EMI滤波元件,如三端电容器馈通电容器旁路和去耦电容器以及片状电容器,如损耗性介质为Y5V和Z5U的103片状陶瓷电容器是UPS的PCB上最常用的滤波电容器

滤波器的主要特性参数有额定电压额定电流输入输出阻抗插入损耗功率损耗重量大小可靠性工作温度和环境条件等而插入损耗是最重要的参数

滤波器的分类

滤波器有多种不同的分类原则,按滤波器应用分类,可分为电源滤波器和信号选择滤波器;按滤波机理分,可分为反射型滤波器和吸收型滤波器,其中反射型滤波器按结构形式又可分为T型,π型C型L型等

电子设备的供电电源上(如220V/50Hz),存在有各式各样的骚扰信号电源电磁干扰滤波器是低通滤波器,它大大衰减了经电源传入的骚扰信号,同时,又大大抑制了设备本身的骚扰信号,防止它进入电源,污染电磁环境电源EMI滤波器即反射式低通滤波器是采用电感和X电容和Y电容网络,下图是某型号UPS电路板线路图中EMI滤波实例,其中MOV1和MOV2为防雷击浪涌保护器压敏电阻,零线对地火线对地之间的电容为Y电容,零线和火线之间电容为X电容

由于电源滤波器是一个无源网络,在连接时具有互易性但在实际的应用中,必须根据滤波器两端将要连接的电源阻抗和负载阻抗的实际值,来合理的选择网络结构及参数,才能得到满意的干扰抑制效果很多的EMC专著给出了电源滤波器与阻抗搭配组合原则下图是某种型号跑步机中滤波器安装的图片