這種方法只有一些要求特別高的場(chǎng)合才會(huì )使用,例如:精密測試儀表,對于一般的普通電器設備,目前已很少使用。在塑料機殼內表面噴涂導電材料也是一種對電磁屏蔽很有效的方法,比如,在塑料機殼內表面噴涂石墨,對超高頻電磁屏蔽效果就非常好,因為,石墨既導電又有電阻,是吸收電磁波的良好材料,它不容易對電磁波產(chǎn)生反射,并對電磁波產(chǎn)生衰減作用。如果只從屏蔽效果來(lái)比較,石墨對電磁場(chǎng)屏蔽的效果的確不如導電良好的金屬,但金屬屏蔽也有缺點(diǎn),它最大的缺點(diǎn)就是產(chǎn)生電磁波反射,并使電磁反射波相互迭加,嚴重時(shí)會(huì )產(chǎn)生電磁振蕩。
當被屏蔽干擾信號的波長(cháng)正好與金屬機殼的某個(gè)尺寸接近的時(shí)候,金屬機殼很容易會(huì )變成一個(gè)大諧振腔,即:電磁波會(huì )在金屬機殼內來(lái)回反射,并會(huì )產(chǎn)生互相迭加,其工作原理與圖13基本相同。這種情況在電腦機殼內最容易實(shí)現,當電腦機殼的邊長(cháng)正好等于某干擾信號的半個(gè)波長(cháng),且干擾信號源正好位于電腦機殼的中央位置的時(shí)候,干擾信號很容易就會(huì )在機殼內部產(chǎn)生電磁振蕩。當某一干擾信號頻率正好在諧振腔中產(chǎn)生諧振的時(shí)候,電磁波的能量反而會(huì )被加強。被加強了的干擾信號,一方面會(huì )破壞設備自身的正常工作,另一方面干擾信號也會(huì )從金屬機殼的裂縫逃逸出去,產(chǎn)生輻射干擾,雷達設備經(jīng)常使用的裂縫天線(xiàn)就是這個(gè)工作原理。特別指出,電磁波在金屬機殼中產(chǎn)生輻射或諧振,與外殼接地或不接地無(wú)關(guān)。
大多數電器設備傳導干擾都是由開(kāi)關(guān)電源引起的,為了提高開(kāi)關(guān)電源的工作效率,一般都希望開(kāi)關(guān)管導通和關(guān)斷速度越高越好,即:方波的前、后沿越陡越好,這樣的結果會(huì )使開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的干擾更加嚴重,要進(jìn)行抑制更加困難。因此,在對開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行設計時(shí),不要無(wú)條件地追求開(kāi)關(guān)電源的工作效率為越高越好。 不管采用什么樣的濾波電路來(lái)抑制電子設備產(chǎn)生的傳導干擾,其主要目的都是要把圖6中的V1、V2、V3等三個(gè)干擾信號的幅度降到最低。例如:要抑制V1干擾信號,最有效的方法是在V1的兩端并聯(lián)一個(gè)電容,由于這個(gè)電容連接的位置比較特殊,需要符合安全標準,因此,一般人們都稱(chēng)他為Y電容;同理,要抑制V2干擾信號,最有效的方法也是在V2的兩端并聯(lián)一個(gè)Y電容。由于Y電容會(huì )引起設備漏電或機客帶電,容易危及人身安全,所以這兩個(gè)Y電容都是屬于安全電容,其容量不能大,并且要求耐壓很高,否則,機器將會(huì )漏電。安全標準規定,一般在亞熱帶機器對地漏電電流不能超過(guò)0.7mA,在溫帶機器對地漏電電流不能超過(guò)0.35mA,因此,Y電容的總容量一般都不能超過(guò)4700P。
特別提示,Y電容為安全電容,必須經(jīng)過(guò)安全檢測部門(mén)人證過(guò)后才能使用。Y電容的耐壓一般都標有安全認證標志和AC250V或AC275V字樣,但其真正的直流耐壓高達5000V以上,因此,Y電容不能隨便用AC250V,或DC400V之類(lèi)的電容來(lái)代用。
抑制V3干擾信號最有效的方法,同樣也是在V3的兩端并聯(lián)一個(gè)電容,由于這個(gè)電容連接的位置比較特殊,也需要符合安全標準,因此,一般人們都稱(chēng)他為X電容。X電容同樣也屬于安全電容,其容量可以比Y電容大,但必須在X電容的兩端并聯(lián)一個(gè)安全電阻,用于防止電源線(xiàn)拔插時(shí)電源線(xiàn)插頭長(cháng)時(shí)間帶電。安全標準規定,當正在工作之中的機器電源線(xiàn)被拔掉時(shí),在兩秒鐘內,電源線(xiàn)插頭兩端帶電的電壓(或對地電位)必須小于原來(lái)電壓的30%。
X電容也是安全電容,必須經(jīng)過(guò)安全檢測部門(mén)認證過(guò)后才能使用。
X電容的耐壓一般都標有安全認證標志和AC250V或AC275V字樣,但其真正的直流耐壓達2000V以上,使用的時(shí)候不要隨便用AC250V,或DC400V之類(lèi)的電容來(lái)代用。
X 電容一般都選用紋波電流比較大的聚脂薄膜安全電容,這種電容體積一般都很大,但其允許瞬間充放電的電流也很大,即:內阻比較小。普通電容紋波電流的指標一般都很小,動(dòng)態(tài)內阻比較大,用普通電容代替X電容,除了耐壓條件不能滿(mǎn)足以外,一般紋波電流指標也是難以滿(mǎn)足要求的。
實(shí)際上,光靠用Y電容和X 電容就想把傳導干擾信號完全濾除是不可能的。因為干擾信號的頻譜非常寬,基本覆蓋了幾十KHz到幾百MHz甚至上千MHz的頻率范圍。對低端干擾信號的濾除需要很大容量的濾波電容,但受到安全條件的限制,Y電容和X電容的容量都不能用大;對高端干擾信號的濾除,大容量電容的濾波性能又極差,特別是聚脂薄膜電容的高頻性能一般都比較差,因為它是用卷繞工藝生產(chǎn)的,并且聚脂薄膜介質(zhì)高頻響應特性與陶瓷或云母相比相差很遠,一般聚脂薄膜介質(zhì)都具有吸附效應,它會(huì )降低電容器的工作頻率,聚脂薄膜電容工作頻率范圍大約都在1MHz左右,超過(guò)1MHz其阻抗將顯著(zhù)增加。
因此,抑制電子設備產(chǎn)生的傳導干擾除了選用Y電容和X電容進(jìn)行濾波以外,一般還要同時(shí)選用多個(gè)電感濾波器一起組合對干擾除進(jìn)行濾波。電感濾波器屬于低通濾波器,但電感濾波器也有很多種類(lèi)和無(wú)數多種規格,例如有:差模、共模,以及高頻、低頻等,每種電感主要都是針對某一小段頻率的干擾信號濾除而起作用,對其它頻率的干擾信號的濾除起作用不大。因為,電感量很大的電感,其線(xiàn)圈匝數很多,分布電容也很大,高頻信號會(huì )通過(guò)分布電容旁路掉,另外,導磁率很高的磁芯,其工作頻率也不高。目前,國內大量使用的電感濾波器磁芯的工作頻率大多數都在75MHz以下,對于工作頻率要求比較高的場(chǎng)合,必須選用高頻環(huán)形磁芯,高頻環(huán)形磁芯導磁率一般都不高,但漏感特別小。
PCB設計中的電磁兼容設計
電磁兼容設計主要包含浪涌(沖擊)抗擾度、振鈴波浪涌抗擾度、電快速瞬變脈沖群抗擾度、電壓暫降、短時(shí)中斷和電壓變化抗擾度、工頻電源諧波抗擾度、靜電抗擾 度、射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度、工頻磁場(chǎng)抗擾度、脈沖磁場(chǎng)抗擾度、傳導騷擾、輻射騷擾、射頻場(chǎng)感應的傳導抗擾度等相關(guān)設計...
當前,日益惡化的電磁環(huán)境,使我們逐漸關(guān)注設備的工作環(huán)境,日益關(guān)注電磁環(huán)境對電子設備的影響,從系統設計開(kāi)始,包括后續的結構,PCB設計,都要充分考慮到EMC問(wèn)題,融入電磁兼容設計,使電子設備更可靠的工作。電磁兼容設計主要包含浪涌(沖擊)抗擾度、振鈴波浪涌抗擾度、電快速瞬變脈沖群抗擾度、電壓暫降、短時(shí)中斷和電壓變化抗擾度、工頻電源諧波抗擾度、靜電抗擾 度、射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度、工頻磁場(chǎng)抗擾度、脈沖磁場(chǎng)抗擾度、傳導騷擾、輻射騷擾、射頻場(chǎng)感應的傳導抗擾度等相關(guān)設計。
電磁干擾的主要形式:
電磁干擾主要是通過(guò)傳導和輻射方式進(jìn)入系統,影響系統工作,其他的方式還有共阻抗耦合和感應耦合。傳導:傳導耦合即通過(guò)導電媒質(zhì)將一個(gè)電網(wǎng)絡(luò )上的騷擾耦合到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò )上,屬頻率較低的部分(低于30MHz)。在我們的產(chǎn)品中傳導耦合的途徑通常包括電源線(xiàn)、信號線(xiàn)、互連線(xiàn)、接地導體等。
輻射:通過(guò)空間將一個(gè)電網(wǎng)絡(luò )上的騷擾耦合到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò )上,屬頻率較高的部分(高于30MHz)。輻射的途徑通過(guò)空間傳遞,在我們電路中引入和產(chǎn)生的輻射干擾主要是各種導線(xiàn)形成的天線(xiàn)效應。
共阻抗耦合:當兩個(gè)以上不同電路的電流流過(guò)公共阻抗時(shí)出現的相互干擾。在電源線(xiàn)和接地導體上傳導的騷擾電流,多以這種方式引入到敏感電路。
感應耦合:通過(guò)互感原理,將在一條回路里傳輸的電信號,感應到另一條回路對其造成干擾。分為電感應和磁感應兩種。
對這幾種途徑產(chǎn)生的干擾我們應采用的相應對策:傳導采取濾波(如我們設計中每個(gè)IC的片頭電容就是起濾波作用),輻射干擾采用減少天線(xiàn)效應(如信號貼近地線(xiàn)走)、屏蔽和接地等措施,就能夠大大提高產(chǎn)品的抵抗電磁干擾的能力,也可以有效的降低對外界的電磁干擾。
電磁兼容設計:
對于一個(gè)新項目的研發(fā)設計過(guò)程,電磁兼容設計需要貫穿整個(gè)過(guò)程,在設計中考慮到電磁兼容方面的設計,才不致于返工,避免重復研發(fā),可以縮短整個(gè)產(chǎn)品的上市時(shí)間,提高企業(yè)的效益。
一個(gè)項目從研發(fā)到投向市場(chǎng)需要經(jīng)過(guò)需求分析、項目立項、項目概要設計、項目詳細設計、樣品試制、功能測試、電磁兼容測試、項目投產(chǎn)、投向市場(chǎng)等幾個(gè)階段。
在需求分析階段,要進(jìn)行產(chǎn)品市場(chǎng)分析、現場(chǎng)調研,挖掘對項目有用信息,整合項目發(fā)展前景,詳細整理項目產(chǎn)品工作環(huán)境,實(shí)地考察安裝位置,是否對安裝有所限制 空間,工作環(huán)境是否特殊,是否有腐蝕、潮濕、高溫等,周?chē)O備的工作情況,是否有惡劣的電磁環(huán)境,是否受限與其他設備,產(chǎn)品的研制成功能否大大提高生產(chǎn)效 率,或者能否給人們的生活或工作環(huán)境帶來(lái)很大的方便,操作使用方式能否容易被人們所接受,這就要求項目產(chǎn)品要滿(mǎn)足現場(chǎng)功能需要、易于操作等,最后要整理詳 細的需求分析報告,以供需求評審。