合理解決弱電系統(tǒng)中的電磁干擾
本文通過對生活生產(chǎn)中常見的電磁干擾的實(shí)例的分析，闡述了電磁干擾的定義、電磁干擾的傳輸途徑、抗干擾的方法、電子設(shè)備裝置、系統(tǒng)的電池干擾和電磁兼容問題，以保證弱電系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行。
弱電系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)信息的傳送的系統(tǒng)，在傳送信息的過程中要求能夠?qū)崿F(xiàn)信息的保真度、速度、廣度和可靠性。目前，隨著電子學(xué)、計(jì)算機(jī)、激光、光纖維通訊和各種遙控遙感技術(shù)的發(fā)展，社會(huì)已進(jìn)入高度信息化的時(shí)代，越來越多的高精度、高可靠性、高靈敏度、高密度（小型化、集成化）、大功率、小信號(hào)運(yùn)用的電子設(shè)備是支持弱電系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，而電子設(shè)備之間的電磁干擾已成為系統(tǒng)和設(shè)備正常工作的突出障礙。
看看這些關(guān)于電磁干擾的例子：變頻器、調(diào)光開關(guān)等節(jié)能器件等是以晶閘管或類似電子器件為核心的設(shè)備，它們工作時(shí)會(huì)在電網(wǎng)上產(chǎn)生高次諧波干擾；數(shù)字電路裝置（包括電腦、程控交換機(jī)、設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場控制器等）、高頻振蕩電路（包括發(fā)射機(jī)、接收機(jī)及時(shí)鐘本振等振蕩電路的基頻及其諧波）、氣體放電燈、熒光燈的整流器、啟動(dòng)器等，它們都會(huì)對電網(wǎng)及周圍空間產(chǎn)生電磁干擾；家用電器、辦公用電器，其中串激電機(jī)的換向器、電子控制器、定時(shí)器等均會(huì)對電網(wǎng)及周圍空間產(chǎn)生電磁干擾（電磁干擾頻譜從幾萬赫到幾百兆赫）；還有一些工、科、醫(yī)射頻設(shè)備，是指醫(yī)院、科技展覽廳中那些可能對150千赫--400吉赫頻段內(nèi)的無線電造成電磁干擾的設(shè)備。
一、電磁干擾的定義
“干擾”這個(gè)詞的本意就是指，對某個(gè)正處于穩(wěn)定工作狀態(tài)的系統(tǒng)產(chǎn)生不良的影響！半姶鸥蓴_”是電子噪音對正處于正常工作狀態(tài)的系統(tǒng)、電子設(shè)備產(chǎn)生不良影響的電磁現(xiàn)象，即任何伴隨著電壓、電流的變化而產(chǎn)生會(huì)降低某個(gè)裝置、設(shè)備或者系統(tǒng)的性能，或可能產(chǎn)生不良影響的電磁現(xiàn)象就是電磁干擾。這樣看來，恒定的電壓、電流或電磁場對系統(tǒng)或電子設(shè)備是不會(huì)造成很大干擾的。對電路或電器設(shè)備造成嚴(yán)重干擾的，主要是不斷變化著的電場或磁場。
因此，簡單地說，任何不希望的電壓和電流的波動(dòng)對設(shè)備性能的影響就稱為電磁干擾。產(chǎn)生這些電壓、電流的源頭即為電磁干擾源。這些電壓和電流會(huì)通過傳導(dǎo)或電磁輻射傳到受害的系統(tǒng)和設(shè)備。
二、電磁干擾的分類
通常，在分析電磁干擾時(shí)，系統(tǒng)指人們對之進(jìn)行設(shè)計(jì)和管理控制的電工設(shè)備或電子設(shè)備整體。
1、根據(jù)干擾方式的不同，電磁干擾可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾是電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號(hào)通過導(dǎo)電介質(zhì)或公共電源線互相產(chǎn)生干擾。輻射干擾是指電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號(hào)通過空間耦合把干擾信號(hào)傳給另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)或電子設(shè)備。
2、根據(jù)干擾來源的不同，電磁干擾可以來自系統(tǒng)內(nèi)部，也可以來自系統(tǒng)外部，前者稱為系統(tǒng)內(nèi)部的干擾，后者稱為系統(tǒng)之間的干擾。
3、根據(jù)產(chǎn)生干擾的原因不同，電磁干擾分為自然和人工兩種。自然干擾源主要是雷電、太陽輻射或宇宙輻射等；人為干擾源有輸電線路、電動(dòng)機(jī)、開關(guān)、繼電器、氖燈、熒光燈、電鈴、電熱器、電弧焊接機(jī)、晶閘管逆變器、氣體整流器、高速邏輯電路、門電路、數(shù)據(jù)處理機(jī)、電流的突變、電弧放電、電暈放電，以及核爆炸產(chǎn)生的核電磁脈沖等。
三、電磁干擾的傳輸
電磁干擾的途徑分為傳導(dǎo)耦合方式和輻射耦合方式兩種方式。
1、傳導(dǎo)是指電壓或電流通過干擾源和被干擾對象之間的公共阻抗進(jìn)入被干擾對象。其中的公共阻抗通常是干擾頻率的函數(shù)。有時(shí)干擾經(jīng)過金屬線路的傳輸，包括集總元件如電容器、變壓器等直接傳導(dǎo)到電路。
2、輻射則用來表征非傳導(dǎo)性的傳輸，其傳輸機(jī)理可能是天線的“近場”或感應(yīng)場，而不是輻射場。在干擾電磁場中,磁場通過電感性耦合,電場通過電容性耦合而進(jìn)入電路中。
四、解決弱電系統(tǒng)中電磁干擾問題的方法
解決方法就是怎樣使得在同一電磁環(huán)境下工作的電子設(shè)備、電子系統(tǒng)都能互不干擾地正常工作，能夠達(dá)到兼容狀態(tài)，這就涉及到弱電系統(tǒng)中的電磁兼容性能。
電磁兼容性(EMC)是指“一種器件、設(shè)備或系統(tǒng)的性能，它可以使其在自身環(huán)境下正常工作并且同時(shí)不會(huì)對此環(huán)境中任何其他設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈電磁干擾(IEEEC63.12-1987)！
弱電系統(tǒng)中的電磁兼容性主要研究內(nèi)容就是電磁干擾和抗干擾問題。電磁干擾問題上面我們已經(jīng)探討過了，下面我們來說說抗干擾的問題。
電子系統(tǒng)或電工設(shè)備以規(guī)定的安全逾度，在指定的電磁環(huán)境中按照設(shè)計(jì)要求工作的能力，是反映電子系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)之一。系統(tǒng)、電子設(shè)備能電磁兼容就意味著無論是在系統(tǒng)內(nèi)部，還是對其所處的環(huán)境，系統(tǒng)都能如預(yù)期的那樣正常的工作，即具有很好的抗干擾能力。
弱電系統(tǒng)的主體設(shè)備是采用了信息技術(shù)中的各種電子設(shè)備，所以要提高弱電系統(tǒng)的抗干擾性能只有采用多方面的綜合抑制措施才能獲得滿意效果。對于弱電系統(tǒng)應(yīng)從電子設(shè)備、信號(hào)傳輸線路、電源回路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等幾個(gè)方面來考慮抗干擾的方法。
1、抗干擾的電源裝置方法
電源裝置是弱電電子設(shè)備、電子系統(tǒng)正常工作的動(dòng)力源。電源的穩(wěn)定、可靠、安全與否對弱電系統(tǒng)的正常運(yùn)行影響極大。據(jù)資料顯示，大約有30%—50%的電子系統(tǒng)、電子設(shè)備的故障是發(fā)生在電源部分。電源的干擾主要有切斷時(shí)造成的欠電壓或大容量感性負(fù)載投入、巨大的雷電沖擊電流、電網(wǎng)中的高次諧波的干擾等。解決這些問題可以裝設(shè)電磁干擾濾波器，它是一種用于抑制電磁干擾，特別是電源線路中噪音的電子線路設(shè)備，是消除對電源環(huán)節(jié)造成影響的高頻干擾和共模干擾的有效辦法。因?yàn)橛泻Φ碾姶鸥蓴_的頻率要比正常信號(hào)頻率高得多，所以電磁干擾濾波器是通過選擇性地阻攔或分流有害的高頻來發(fā)揮作用的。基本上電磁干擾濾波器的感應(yīng)部分被設(shè)計(jì)作為一個(gè)低通器件使交流線路頻率通過，同時(shí)它還是一個(gè)高頻截止器件，電磁干擾濾波器的其他部分使用電容來分路或分流有害的高頻噪聲，使這些有害的高頻噪聲不能到達(dá)敏感電路。這樣電磁干擾濾波器顯著降低或衰減了所有要進(jìn)入或離開受保護(hù)電子器件的有害噪聲信號(hào)。
2、抗干擾的傳輸信號(hào)線路方法
a、終端匹配法。在動(dòng)態(tài)波形要求不嚴(yán)格的條件下，在終端并上一個(gè)較大（大于特性阻抗）的電阻，一方面可改善因反射引起的動(dòng)態(tài)波形畸變，另一方面又兼顧了高電平降低得不很嚴(yán)重。匹配電阻一般阻值都很低，在終端用電阻匹配的方法，功耗較大。
b、始端的匹配方法。適當(dāng)?shù)倪x擇串聯(lián)電阻，改善波形，消除反射。R的阻值一般取傳輸線的特性阻抗減去輸出門的輸出內(nèi)阻。
c、在數(shù)字信號(hào)的傳輸中，盡可能避免懸空端。
d、在單線傳輸?shù)那闆r下，如其旁邊有屏蔽線可將單線圍繞在屏蔽線周圍，或者使單線緊貼在接地的金屬地板上走線，這樣都可使接地線對地的阻抗變低，線間的分布電容減少，提高傳輸線抗干擾的性能。
e、在雙向傳輸中，應(yīng)注意讓往返的兩種信號(hào)線分開。兩信號(hào)線之間接一根地線作為屏蔽。另外采用有屏蔽層的傳輸電纜也是減少電磁干擾的一項(xiàng)基本措施。
3、抗干擾弱的電設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)方法
只有如金屬和鐵之類導(dǎo)磁率高的材料才能在極低頻率下達(dá)到較高屏蔽效率。這些材料的導(dǎo)磁率會(huì)隨著頻率增加而降低，另外如果初始磁場較強(qiáng)也會(huì)使導(dǎo)磁率降低，還有就是采用機(jī)械方法將屏蔽罩作成規(guī)定形狀同樣會(huì)降低導(dǎo)磁率。
在高頻電場下，采用薄層金屬作為外殼或內(nèi)襯材料可達(dá)到良好的屏蔽效果，但條件是屏蔽必須連續(xù)，并將敏感部分完全遮蓋住，沒有缺口或縫隙(形成一個(gè)法拉第籠)。然而在實(shí)際中要制造一個(gè)無接縫及缺口的屏蔽罩是不可能的，由于屏蔽罩要分成多個(gè)部分進(jìn)行制作，因此就會(huì)有縫隙需要接合，另外通常還得在屏蔽罩上打孔以便安裝與插卡或裝配組件的連線。
設(shè)計(jì)屏蔽罩的困難在于制造過程中不可避免會(huì)產(chǎn)生孔隙，而且設(shè)備運(yùn)行過程中還會(huì)需要用到這些孔隙。制造、面板連線、通風(fēng)口、外部監(jiān)測窗口以及面板安裝組件等都需要在屏蔽罩上打孔，從而大大降低了屏蔽性能。盡管溝槽和縫隙不可避免，但在屏蔽設(shè)計(jì)中對與電路工作頻率波長有關(guān)的溝槽長度作仔細(xì)考慮是很有好處的。弱電電子設(shè)備外殼的通風(fēng)孔、進(jìn)出線孔、連接縫隙等要足夠小。由于接縫會(huì)導(dǎo)致屏蔽罩導(dǎo)通率下降，因此屏蔽效率也會(huì)降低。要注意低于截止頻率的輻射其衰減只取決于縫隙的長度直徑比，例如長度直徑比為3時(shí)可獲得100dB的衰減。在需要穿孔時(shí)，可利用厚屏蔽罩上面小孔的波導(dǎo)特性；另一種實(shí)現(xiàn)較高長度直徑比的方法是附加一個(gè)小型金屬屏蔽物，如一個(gè)大小合適的襯墊。所有襯墊都有一個(gè)有效工作最小接觸電阻，可以加大對襯墊的壓縮力度以降低多個(gè)襯墊的接觸電阻，當(dāng)然這將增加密封強(qiáng)度，會(huì)使屏蔽罩變得更為彎曲。大多數(shù)襯墊在壓縮到原來厚度的30%至70%時(shí)效果比較好。因此在建議的最小接觸面范圍內(nèi)，兩個(gè)相向凹點(diǎn)之間的壓力應(yīng)足以確保襯墊和墊片之間具有良好的導(dǎo)電性。除此，在多縫情況下，推廣構(gòu)成多孔屏蔽罩也是可行的。機(jī)箱的接縫處可使用導(dǎo)電襯墊，通風(fēng)窗可使用波導(dǎo)管，面板顯示窗可使用屏蔽玻璃材料。可用于切斷通過空間輻射傳播的電磁干擾。所以電子設(shè)備一般都需要進(jìn)行屏蔽，這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)本身存在一些槽和縫隙。所需屏蔽可通過一些基本原則確定，但是理論與現(xiàn)實(shí)之間還是有差別。例如在計(jì)算某個(gè)頻率下襯墊的大小和間距時(shí)還必須考慮信號(hào)的強(qiáng)度，如同在一個(gè)設(shè)備中使用了多個(gè)處理器時(shí)的情形。
表面處理及墊片設(shè)計(jì)是保持長期屏蔽以實(shí)現(xiàn)電磁兼容性能的關(guān)鍵因素。
除了解決設(shè)備本身的問題，弱電電子設(shè)備的輸入、輸出端接口電路設(shè)計(jì)中還應(yīng)設(shè)置消除雷電影響的抗電涌抑制器、高低頻濾波器、光電耦合器等電路，并盡量設(shè)法采用平衡傳輸制式，可有效抑制地環(huán)路干擾。盡可能減小電路板中的相互電磁干擾？刹捎枚鄬与娐钒逡詼p少引線；布線盡量短粗以減小環(huán)路電阻；布線轉(zhuǎn)角處要圓滑，以利于阻抗匹配；不同類型的電路單元要分路接地等等。
總之，弱電系統(tǒng)主要考慮的問題是信息傳送的效果問題，其系統(tǒng)的運(yùn)行是依賴于各種電子設(shè)備，因此要提高弱電系統(tǒng)的抗電磁干擾性能必須使得在同一電磁環(huán)境下工作的各種電子設(shè)備、電子系統(tǒng)都能互不干擾地正常工作，達(dá)到兼容狀態(tài)。抑制電磁干擾應(yīng)從電源、傳輸、負(fù)載等環(huán)節(jié)著手，采用綜合治理方法，從全系統(tǒng)的立場上來全面考慮電磁兼容問題。電磁兼容技術(shù)是一個(gè)正在發(fā)展的領(lǐng)域，這是由于現(xiàn)代的計(jì)算、通信、控制系統(tǒng)中，電氣和電子線路的密度以及它們之間的相關(guān)功能日益增加。對弱電設(shè)備的選型、弱電系統(tǒng)的組成配置、電纜管線的布置、系統(tǒng)調(diào)校時(shí)分析干擾性質(zhì)及來源等全過程采取有效的措施，以確保整個(gè)弱電系統(tǒng)的電磁兼容性滿足要求。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2017-12-13
