- 常用電磁兼容設(shè)計(jì)方法介紹
- 對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行電磁屏蔽，屏蔽的壞處是有可能產(chǎn)生電磁反射乃至電磁振蕩
- 不可過于追求開關(guān)電源的效率以避免加重開關(guān)電源產(chǎn)生的電磁干擾
- 通過在電路中并聯(lián)Y電容和X電容減少傳導(dǎo)干擾，但此類電容電容，不可隨便替代
- 還要選用多個(gè)電感濾波器一起組合對(duì)電磁干擾進(jìn)行濾波，其中共膜電感濾波器的使用越來越多
電磁兼容EMC設(shè)計(jì)
電磁兼容EMC設(shè)計(jì)的目的就是想辦法使自己設(shè)計(jì)或生產(chǎn)的電子設(shè)備產(chǎn)生各種干擾信號(hào)的幅度符合別人的要求；同時(shí)還要想辦法讓自己設(shè)計(jì)或生產(chǎn)的電子設(shè)備在受到其它電子設(shè)備產(chǎn)生干擾的情況下還能正常工作。因此，EMC標(biāo)準(zhǔn)一般都是強(qiáng)制性的。
防止電子設(shè)備產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾和輻射干擾最好的方法，是采金屬機(jī)殼對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽，以及對(duì)電源輸入電路用變壓器進(jìn)行隔離，并且還要對(duì)變壓器也進(jìn)行靜電感應(yīng)和磁感應(yīng)屏蔽。但由于金屬機(jī)殼比較笨重，并且成本很高，另外50周的電源變壓器體積很大，并且對(duì)其進(jìn)行靜電感應(yīng)和磁感應(yīng)屏蔽也比較麻煩，因此，這兩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(cè)試儀表，對(duì)于一般的普通電器設(shè)備，目前已很少使用。
在塑料機(jī)殼內(nèi)表面噴涂導(dǎo)電材料也是一種對(duì)電磁屏蔽很有效的方法，比如，在塑料機(jī)殼內(nèi)表面噴涂石墨，對(duì)超高頻電磁屏蔽效果就非常好，因?yàn)?，石墨既?dǎo)電又有電阻，是吸收電磁波的良好材料，它不容易對(duì)電磁波產(chǎn)生反射，并對(duì)電磁波產(chǎn)生衰減作用。如果只從屏蔽效果來比較，石墨對(duì)電磁場(chǎng)屏蔽的效果的確不如導(dǎo)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(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁振蕩。
當(dāng)被屏蔽干擾信號(hào)的波長(zhǎng)正好與金屬機(jī)殼的某個(gè)尺寸接近的時(shí)候，金屬機(jī)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(jī)殼內(nèi)來回反射，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(jī)殼內(nèi)最容易實(shí)現(xiàn)，當(dāng)電腦機(jī)殼的邊長(zhǎng)正好等于某干擾信號(hào)的半個(gè)波長(zhǎng)，且干擾信號(hào)源正好位于電腦機(jī)殼的中央位置的時(shí)候，干擾信號(hào)很容易就會(huì)在機(jī)殼內(nèi)部產(chǎn)生電磁振蕩。當(dāng)某一干擾信號(hào)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(qiáng)。被加強(qiáng)了的干擾信號(hào)，一方面會(huì)破壞設(shè)備自身的正常工作，另一方面干擾信號(hào)也會(huì)從金屬機(jī)殼的裂縫逃逸出去，產(chǎn)生輻射干擾，雷達(dá)設(shè)備經(jīng)常使用的裂縫天線就是這個(gè)工作原理。特別指出，電磁波在金屬機(jī)殼中產(chǎn)生輻射或諧振，與外殼接地或不接地?zé)o關(guān)。
大多數(shù)電器設(shè)備傳導(dǎo)干擾都是由開關(guān)電源引起的，為了提高開關(guān)電源的工作效率，一般都希望開關(guān)管導(dǎo)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(jié)果會(huì)使開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾更加嚴(yán)重，要進(jìn)行抑制更加困難。因此，在對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，不要無條件地追求開關(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抑制電子設(shè)備產(chǎn)生的傳導(dǎo)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(hào)的幅度降到最低。例如：要抑制V1干擾信號(hào)，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(biāo)準(zhǔn)，因此，一般人們都稱他為Y電容；同理，要抑制V2干擾信號(hào)，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(shè)備漏電或機(jī)殼帶電，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(jī)器將會(huì)漏電。安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，一般在亞熱帶機(jī)器對(duì)地漏電電流不能超過0.7mA，在溫帶機(jī)器對(duì)地漏電電流不能超過0.35mA，因此，Y電容的總?cè)萘恳话愣疾荒艹^4700P。
特別提示，Y電容為安全電容，必須經(jīng)過安全檢測(cè)部門人證過后才能使用。Y電容的耐壓一般都標(biāo)有安全認(rèn)證標(biāo)志和AC250V或AC275V字樣，但其真正的直流耐壓高達(dá)5000V以上，因此，Y電容不能隨便用AC250V，或DC400V之類的電容來代用。
抑制V3干擾信號(hào)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(biāo)準(zhǔn)，因此，一般人們都稱他為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，用于防止電源線拔插時(shí)電源線插頭長(zhǎng)時(shí)間帶電。安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)正在工作之中的機(jī)器電源線被拔掉時(shí)，在兩秒鐘內(nèi)，電源線插頭兩端帶電的電壓（或?qū)Φ仉娢唬┍仨毿∮谠瓉黼妷旱?0%。
X電容也是安全電容，必須經(jīng)過安全檢測(cè)部門認(rèn)證過后才能使用。X電容的耐壓一般都標(biāo)有安全認(rèn)證標(biāo)志和AC250V或AC275V字樣，但其真正的直流耐壓達(dá)2000V以上，使用的時(shí)候不要隨便用AC250V，或DC400V之類的電容來代用。
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(nèi)阻比較小。普通電容紋波電流的指標(biāo)一般都很小，動(dòng)態(tài)內(nèi)阻比較大，用普通電容代替X電容，除了耐壓條件不能滿足以外，一般紋波電流指標(biāo)也是難以滿足要求的。
實(shí)際上，光靠用Y電容和X電容就想把傳導(dǎo)干擾信號(hào)完全濾除是不可能的。因?yàn)楦蓴_信號(hào)的頻譜非常寬，基本覆蓋了幾十KHz到幾百M(fèi)Hz甚至上千MHz的頻率范圍。對(duì)低端干擾信號(hào)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(duì)高端干擾信號(hào)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?yàn)樗怯镁砝@工藝生產(chǎn)的，并且聚脂薄膜介質(zhì)高頻響應(yīng)特性與陶瓷或云母相比相差很遠(yuǎn)，一般聚脂薄膜介質(zhì)都具有吸附效應(yīng)，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1MHz其阻抗將顯著增加。
因此，抑制電子設(shè)備產(chǎn)生的傳導(dǎo)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(duì)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和無數(shù)多種規(guī)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(duì)某一小段頻率的干擾信號(hào)濾除而起作用，對(duì)其它頻率的干擾信號(hào)的濾除起作用不大。因?yàn)?，電感量很大的電感，其線圈匝數(shù)很多，分布電容也很大，高頻信號(hào)會(huì)通過分布電容旁路掉，另外，導(dǎo)磁率很高的磁芯，其工作頻率也不高。目前，國(guó)內(nèi)大量使用的電感濾波器磁芯的工作頻率大多數(shù)都在75MHz以下，對(duì)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(dǎo)磁率一般都不高，但漏感特別小。
圖14是根據(jù)上面分析而設(shè)計(jì)的EMC（電磁兼容）濾波電路，EMC濾波電路如虛線框內(nèi)所示。
圖14中，C1、C2是Y安全電容，其主要作用是對(duì)V1、V2進(jìn)行旁路，V1、V2屬于共模干擾信號(hào)，因此C1、C2的功能主要是對(duì)共模干擾信號(hào)進(jìn)行抑制，同時(shí)C1、C2對(duì)V3也有一定的旁路作用，但因兩個(gè)電容串聯(lián)起來的容量很小，因此，其主要功能是高頻差模干擾信號(hào)進(jìn)行抑制；C3是X安全電容，其主要作用是對(duì)V3進(jìn)行旁路，V3屬于差模干擾信號(hào)，因此，C3的主要功能是對(duì)差模干擾信號(hào)進(jìn)行抑制；C4也是X安全電容，雖然它沒有對(duì)V3直接進(jìn)行旁路，但它也是差模干擾信號(hào)抑制的濾波電容；R1是殘余電壓釋放電阻，其阻值要與C3、C4等配合使用，使時(shí)間常數(shù)τ = R1●（C3+C4）小于2秒，但R1不能用得太小，太小會(huì)損耗電源功率。當(dāng)電容充放電時(shí)間等于τ時(shí)，電容器兩端的電壓上升或下降的值是最大值的63%。
圖14中，L1、L2是電感濾波器，L1為差模干擾信號(hào)電感濾波器，L2為共模干擾信號(hào)電感濾波器，由于差模干擾信號(hào)電感濾波器很容易產(chǎn)生磁飽和，以及電感濾波器的體積也比較大，因此目前很少人使用，基本上都是用共模電感濾波器來代替。實(shí)際應(yīng)用中共模電感濾波器的兩個(gè)線圈之間也存在很大的漏感，因此，它對(duì)差模干擾信號(hào)也具有一定的濾波作用。
