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開關(guān)電源_電磁兼容之屏蔽方法分析
2021-02-20 15:10
隨著近代世界工業(yè)水平的持續(xù)發(fā)展,對電磁兼容設(shè)備與應(yīng)用技術(shù)的要求愈來愈高。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4365-1995《電磁兼容術(shù)語》對電磁兼容所下的定義為:設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB72-1985《電磁干擾與電磁兼容性名詞術(shù)語》也對電磁兼容做了明確的定義:“設(shè)備(分系統(tǒng)、系統(tǒng))在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自的功能的共存狀態(tài)。
電磁兼容設(shè)計的目的 :
(1)目的之一:確保設(shè)備不產(chǎn)生超出電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的噪聲源。
(2)目的之二:設(shè)備要能夠承受電磁兼容測試中所規(guī)定的噪聲騷擾。即在共同的電磁環(huán)境中,所有設(shè)備、分系統(tǒng)以及系統(tǒng)都應(yīng)該不受干擾并且不干擾其他設(shè)備。
電磁兼容設(shè)計的成本:
依據(jù)多年來電磁兼容技術(shù)和電力系統(tǒng)工業(yè)的發(fā)展,對于解決電磁兼容與產(chǎn)品的開發(fā)、生產(chǎn)過程之間的關(guān)系。因此電磁兼容設(shè)計在整個電子產(chǎn)品設(shè)計過程之中都是存在的,但是在生產(chǎn)階段解決電磁兼容問題所需要的費(fèi)用是設(shè)計開發(fā)階段的幾十甚至上百倍,因而,一個產(chǎn)品在設(shè)計開發(fā)階段解決電磁兼容問題是非常重要的。
電磁兼容設(shè)計的方法 :
為了隔斷干擾的傳播途徑、提高弱電設(shè)備的抗干擾能力,在電磁兼容設(shè)計中經(jīng)常使用的方法有:分離、隔離、屏蔽、濾波以及保護(hù)。
(1)分離常用的方法是:幾何位置分開,即將工作電壓不同(有時是不同能量水平)的電路應(yīng)在幾何位置上分開布置,幾何位置分開是用來削弱電路之間噪聲耦合的有效措施。
(2)隔離就是電氣隔離,是將各種不同功能的電路之間進(jìn)行電氣的絕緣,以阻斷噪聲信號的傳導(dǎo)。光耦隔離以及變壓器隔離電氣隔離是隔離的主要方法。
(3)屏蔽包括利用空間及遮擋隔離、電纜及接插件屏蔽等。
(4)濾波主要是通過鐵氧體磁珠、電容等消除干擾。
(5)保護(hù)就是使用各種噪聲吸收器件來削弱電磁噪聲的幅度。
電磁兼容屏蔽技術(shù)的應(yīng)用
1. 電磁兼容屏蔽性質(zhì)的分類
(1)依照電磁場的性質(zhì)來劃分:電場屏蔽、磁場屏蔽、電磁場屏蔽。大部分情況下,電磁干擾是電場和磁場同時存在的輻射電磁場。下面兩種特殊情況下,可以按電場屏蔽、磁場屏蔽來考慮:
①對于高電壓同時是小電流的干擾源,這種情況按電場來考慮。
②對于低電壓同時是大電流的干擾源,應(yīng)該按磁場考慮。
(2)依照屏蔽體的結(jié)構(gòu)分類:完整屏蔽體、非完整屏蔽體和編織帶屏蔽等。
2. 電磁兼容屏蔽的原理
(1)磁場屏蔽。磁場屏蔽分為高頻磁場屏蔽和靜磁場屏蔽。
①高頻磁場是在屏蔽殼體表面感生渦流,因而產(chǎn)生反磁場來抵消穿過屏蔽體的原來的磁場。高頻磁場屏蔽是使屏蔽體旁邊的磁場增強(qiáng),從而使磁力線繞行通過,原理如圖1所示。
②靜磁場是指磁力線在低磁阻的磁路通過。靜磁場屏蔽用到的主要是高磁導(dǎo)率的材料這些材料具有非常低的磁阻把磁力線封閉在屏蔽體內(nèi),原理如圖2所示。
(2)電磁場屏蔽。電磁波到達(dá)金屬屏蔽體時產(chǎn)生的反射和吸收作用是電磁場屏蔽的基本原理。波阻抗相差的越大時,由反射引起的損耗也越大;因?yàn)榉瓷浜皖l率有直接關(guān)系,當(dāng)頻率越低時,反射越嚴(yán)重。渦流是引起電磁波在穿透屏蔽體時的能量吸收損耗的主要因素。
渦流的作用:
①產(chǎn)生反磁場來抵消原干擾磁場。
②產(chǎn)生熱損耗,所以當(dāng)頻率越高同時屏蔽體越厚時,產(chǎn)生的渦流損耗就會越大。
電磁兼容屏蔽在產(chǎn)品上的應(yīng)用:
在實(shí)際應(yīng)用中,用屏蔽體將元器件、電路、組合件、電纜或整個系統(tǒng)的干擾源包圍起來,以防止干擾信號向外傳播;把接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)用屏蔽體包圍起來,防止它們受到外界電磁場的影響。因?yàn)槠帘误w有吸收和反射導(dǎo)線、電纜、元器件、電路或系統(tǒng)等內(nèi)外部電磁波的功能,所以屏蔽體能夠弱化一定的干擾。在大部分實(shí)際應(yīng)用中,屏蔽主要是通過反射原理來完成的。
屏蔽設(shè)計往往與搭接聯(lián)系在一起。搭接是在兩金屬表面之間構(gòu)造一個低阻抗的電氣連接。當(dāng)兩邊的結(jié)構(gòu)體不能完成很好的搭接時,通常需要通過密封襯墊來彌補(bǔ)。
在選擇電磁密封襯墊時,下面幾個因素是需要考慮的:屏蔽性能要求、有無環(huán)境密封要求、安裝結(jié)構(gòu)要求和成本要求等,通過對不同襯墊的特征進(jìn)行比較得知,屏蔽涉及的關(guān)鍵是電連續(xù)性。
有著最優(yōu)化電連續(xù)性的屏蔽體是一個全封閉的單一金屬殼體。但是在實(shí)際應(yīng)用中,往往有散熱孔、出線孔、可動導(dǎo)體等,所以如何合理的設(shè)計散熱孔、出線孔、可動部件間的搭接成為屏蔽設(shè)計的要點(diǎn)。只有合理協(xié)調(diào)孔縫尺寸、信號波長、傳播方向以及搭接阻抗等因素,才能設(shè)計出能起到一定功能的屏蔽體。
總結(jié):
電子設(shè)備在電磁兼容試驗(yàn)過程中需要考慮的問題非常多,在試驗(yàn)過程中應(yīng)對出現(xiàn)的問題具體分析,采取相應(yīng)措施。開關(guān)電源變壓器初級的共模噪聲向次級噪聲傳遞是開關(guān)電源產(chǎn)品EMI問題的一個主要原因,為截斷這種傳遞的路徑,需要在繞制變壓器時,需要在初級與次級之間加上屏蔽層,并接至直流地上或直流的高壓端。為了保證屏蔽層能發(fā)揮良好的隔離作用,屏蔽層與直流地或直流的高壓端連接要保證“零阻抗”,這是屏蔽效果好壞的關(guān)鍵。
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