電磁兼容的實(shí)例分析

[1] 對(duì)電磁干擾源要有明確的認(rèn)識(shí)
??? 例如，某探測(cè)設(shè)備在探測(cè)元件無輸入信號(hào)時(shí)，其放大器輸出端的干擾信號(hào)峰值為50.8mV，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了該探測(cè)設(shè)備輸出端最小探測(cè)信號(hào)電壓峰峰值4.0mV的要求，致使整個(gè)設(shè)備無法正常工作。

??? 該臺(tái)探測(cè)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電源采用直流斬波式方波交流電源，驅(qū)動(dòng)螺線管電磁鐵往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由上可見，驅(qū)動(dòng)電源的負(fù)載為感性的電磁線圈。對(duì)感性的電磁線圈采用直流斬波式方波交流電源供電，在斬波時(shí)將產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾。因?yàn)楦行缘碾姶啪€圈中的電流變化必然產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電流變化越快，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。這種感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將會(huì)通過某種路徑傳導(dǎo)耦合到放大器的輸出級(jí)，而成為嚴(yán)重的電磁干擾。

??? 該臺(tái)探測(cè)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電源采用線性純正弦波電源時(shí)，在探測(cè)元件無輸入信號(hào)時(shí)，在放大器輸出端最大探測(cè)信號(hào)電壓峰峰值僅為4.4mV。而且有隨機(jī)性質(zhì)的噪聲電壓，其峰峰值最大為3.0mV。說明原來干擾信號(hào)已被極大地消除。

??? 從該項(xiàng)工作中，使我們體會(huì)到電磁干擾的嚴(yán)重性，對(duì)電磁干擾的認(rèn)識(shí)僅停留在一般的水平上，廣泛地、全面地采取各種抗干擾措施也不一定見效，必須抓住主要矛盾。

??? 再舉一例，某電子設(shè)備，當(dāng)打開電源開關(guān)時(shí)，其測(cè)量顯示呈紊亂狀態(tài)。究其原因，正是在電源開關(guān)時(shí)刻，電路由一種穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種穩(wěn)態(tài)的過渡過程中，所出現(xiàn)的過電壓、過電流所致。為此，采取一定容量和電壓的氧化鋅壓敏電阻并聯(lián)在電源上，便收到了較好的效果。這也說明對(duì)電磁干擾源有明確認(rèn)識(shí)時(shí)，才能有的放矢地采取抗干擾措施，效果明顯。

??? [2] 對(duì)電磁干擾可能的傳播路徑要有清楚了解
??? 在核聚變化學(xué)研究中，將巨大的微波能量耦合到等離子體中，以提高核聚變物理參數(shù)。為此，需要高能大功率發(fā)射系統(tǒng)。其主電源脈沖電壓達(dá)20kV，最大脈沖寬度30ns，最高脈沖功率2400kW。該電源通過電感儲(chǔ)能，直流開斷，脈沖整形等一系列環(huán)節(jié)，由微機(jī)控制來實(shí)現(xiàn)。

??? 調(diào)試過程中，當(dāng)電壓達(dá)數(shù)kV時(shí)，系統(tǒng)便無法正常運(yùn)行。輕則控制程序出錯(cuò)，重則程序全部被沖掉，更嚴(yán)重時(shí)微機(jī)芯片被燒毀。由于對(duì)電磁干擾認(rèn)識(shí)膚淺，，盲目地采取各種措施，如重新布線，改善接地，增加電磁屏蔽和隔離等等，忙了幾個(gè)月均不能根本解決問題，挫折迫使我們冷靜下來。在進(jìn)行了科學(xué)分析后，認(rèn)定必須要

對(duì)幅度高達(dá)數(shù)kV，前后沿很陡的這一電磁干擾源有清楚了解，并對(duì)其可能傳播的路徑采取加強(qiáng)隔離措施。在對(duì)光電隔離器采取雙重設(shè)計(jì)后，微機(jī)能穩(wěn)定、可靠地工作了。

??? 再舉一例，在激光電源低功率調(diào)試中發(fā)現(xiàn)應(yīng)交替導(dǎo)通的兩個(gè)逆變開關(guān)IGBT的觸發(fā)信號(hào)存在重疊現(xiàn)象，即有互相干擾。如果不消除這種干擾，可能發(fā)生主電路直通故障。基于以前積累的對(duì)電磁干擾可能的傳播路徑要有明確認(rèn)識(shí)的工作經(jīng)驗(yàn)，我們從逆變開關(guān)IGBT的觸發(fā)端倒推，一級(jí)一級(jí)地檢測(cè)出觸發(fā)信號(hào)，直到產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)的TL494集成電路的兩個(gè)輸出端，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)輸出端的引線距離很近，且平行布線很遠(yuǎn)。通過分析表明，這種情況容易產(chǎn)生電容性耦合干擾，干擾的強(qiáng)弱與工作頻率及兩條引線之間的分布電容量有關(guān)。當(dāng)我們將其中一條引線切斷，用一條拉開很遠(yuǎn)距離的臨時(shí)導(dǎo)線代用后，兩個(gè)逆變開關(guān)IGBT的觸發(fā)信號(hào)不再發(fā)生重疊現(xiàn)象了。
??? 從該項(xiàng)工作中，使我們體會(huì)到對(duì)電磁干擾可能傳播的路徑有明確的認(rèn)識(shí)，才能順利地排除電磁干擾。否則將無從下手解決存在的電磁干擾問題。

??? [3] 對(duì)易接收電磁干擾的電磁敏感電路和器件要進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)
??? 還是上述的第一個(gè)例子中，某探測(cè)設(shè)備在探測(cè)元件無輸入信號(hào)時(shí)放大器輸出端的干擾信號(hào)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過最小探測(cè)信號(hào)電壓值，致使整個(gè)設(shè)備無法正常工作。

??? 經(jīng)過認(rèn)真分析和實(shí)際測(cè)試，除了對(duì)電磁干擾源缺乏明確的認(rèn)識(shí)和電磁干擾可能傳播的路徑缺乏清楚了解外，對(duì)易接收電磁干擾的電磁敏感電路和器件——傳感器輸入電路和前級(jí)放大電路主要采取兩項(xiàng)電磁兼容性措施：
??? (1)信號(hào)接地 信號(hào)接地的主要目的是為了抑制電磁干擾，應(yīng)當(dāng)特別注意低電平電路、信號(hào)檢測(cè)電路、傳感器輸入電路和前級(jí)放大電路的接地。

??? 該探測(cè)設(shè)備的傳感器輸入電路、前級(jí)放大電路和末級(jí)放大電路的接地應(yīng)該只設(shè)一個(gè)接地點(diǎn)，因?yàn)槎鄠€(gè)接地點(diǎn)會(huì)引入共模阻抗的干擾。而這個(gè)接地點(diǎn)的位置應(yīng)當(dāng)選擇在保證地線中的電流流向?yàn)閺男⌒盘?hào)電路流向大信號(hào)電路，從而避免大信號(hào)電路的地線電流對(duì)小信號(hào)電路產(chǎn)生干擾。

??? (2)屏蔽 加強(qiáng)該探測(cè)設(shè)備的傳感器輸入電路和前級(jí)放大電路電磁屏蔽，并注意屏蔽的完整性和良好的接地措施。

??? 電磁屏蔽設(shè)計(jì)時(shí)，一般采用電導(dǎo)率高的材料作為屏蔽體，并將屏蔽體接地。它是利用屏蔽體在高頻磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生反方向的渦流磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)抵消而削弱高頻磁場(chǎng)的干擾，有因屏蔽體接地而實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)屏蔽。屏蔽體的厚度不必過大，應(yīng)以趨膚深度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度為主要考慮因素。另外要注意屏蔽的完整性，如果屏蔽體不完整，將導(dǎo)致電磁場(chǎng)泄漏。