电磁兼容设计概述
2023-08-04

一、设计方法电磁兼容设计的基本方法一般有三种:问题解决法、规范法和系统法。1.问题解决法问题解决法是过去应用较多的方法。它就是在发现产品被检测出问题后进行改进。它是一种“出现什么问题,解决什么问题”的经验方法。系统或设备研制过程中不进行电磁兼容性设计,直到安装完工试验定型时,发现电磁干扰问题,采取“头痛医头,脚痛医脚”的思维方式予以解决,往往需要对设备乃至系统进行拆卸、修补甚至重新加工,既费时又费成本。因此“问题解决法”是一种比较落后的方法,它是在电磁兼容性理论不够完善、电磁兼容性设计方法不够系统及电磁兼容性分析预测尚未形成的历史条件下产生的,曾普遍被采用。(ps:归零措施)2.规范法规范法即在产品开发阶段,就按照有关电磁兼容标准规范的要求进行设计,使产品可能出现的问题得到早期解决。该方法以系统和设备遵循的标准所规定的极限值为计算基础,由于各种标准和规范中的极限是以同类系统或设备中最严重情况制订的,因此可能导致具体设备设计过分保守。由于电磁兼容性标准和规范在一定程度上反映了系统和设备中存在的共性问题及解决问题的规则,因此该方法对系统电磁兼容性设计提供了预见性和综合性,故它比问题解决法较为合理和进步。3.系统法系统法是近些年兴起的一种设计方法,它在产品的初始设计阶段对每一个可能影响产品电磁兼容性的元器件、模块及线路建立数学模型,利用辅助设计工具对其电磁兼容性进行分析预测和控制分配,从而为整机产品满足要求打下良好的基础。它在系统或设备设计的全过程中贯彻始终,全面综合考虑电磁耦合因素,不断地对各阶段设计进行评估检验和修改,由于运算量较大,因此这种方法常需要借用先进的计算机辅助分析和预测手段。它是近代电磁兼容学科研究和发展成就的体现,是现代科技综合运用的最佳工程设计技术。二、费效比解决电磁兼容措施、成本与产品的开发、生产过程之间的关系如图1所示。❖ 
图1该图横轴为产品推出过程的各个阶段;纵轴为对该产品解决电磁兼容问题所需的成本及措施。由该图可见,在产品开发早期阶段(概念阶段)解决电磁兼容问题,所需成本为1;到型号研制阶段(设计阶段),可能需要10;再到批量生产(产品阶段)时,需要的成本可能达到100。因为在量产阶段解决,模具及工艺流程等都可能需要改变。如果批量生产时尚未发现或未能解决电磁兼容问题,到现场安装调试阶段(市场阶段)再解决,成本将可能高达成千上万倍。同样地,越早期发现电磁兼容问题,解决问题的方法就越多,若产品投产后发现还有问题,解决的措施就大大减少了,解决的难度也会大得多。由此可见,对于一个产品或一个系统,尽早解决电磁兼容问题是十分必要的。三、三要素形成电磁干扰必然具备三个基本要素,即电磁骚扰源、耦合途径(或传播通道)、敏感设备。电磁兼容设计即从这三个基本要素出发。概括地说,即抑制骚扰源,切断耦合途径,提高敏感设备抗扰度,如图2所示。❖ 
图21.电磁骚扰源电磁骚扰源包括自然骚扰源和人为骚扰源。自然骚扰源包括来自银河系的电磁噪声、来自太阳系的电磁骚扰、来自大气层的电磁骚扰、热噪声等。人为骚扰源包括工科医(射频)设备、高压电力系统与电力电子系统、电力牵引系统、内燃机点火系统、声音和广播电视接收机、家用电器、电动工具与电气照明、信息技术设备、静电放电、核电磁脉冲、通信、广播、定位等大功率设备等。2. 电磁骚扰的耦合途径电磁骚扰的耦合途径包括传导耦合和辐射耦合。传导耦合必须在骚扰源和敏感设备之间有完整的电路连接,骚扰信号沿着这个连接电路传递到敏感设备,发生干扰现象。传输电路包括导线、设备的导电部件、供电电源、公共阻抗、接地平面、电阻、电感、电容和互感元器件等。辐射耦合是骚扰信号通过介质以辐射电磁波形式传播,骚扰能量按电磁波的规律向周围空间发射。常见的辐射耦合有三种:骚扰源天线发射的电磁波被敏感设备天线意外接收,称为天线对天线耦合;空间电磁场经导线感应而耦合,称为场对线的耦合;两根平行导线之间的高频信号感应,称为线对线感应耦合。传导耦合包括互传导耦合和导线间的感性与容性耦合。辐射耦合包括近场耦合和远场耦合。3 .电磁骚扰敏感设备所有的低压小信号的设备都是对电磁骚扰敏感的设备。电磁骚扰以辐射和传导方式侵害敏感设备。端口就如传输的“界面”,通过这些端口,电磁骚扰进入(或出自)被骚扰的设备。骚扰现象的性质、程度与端口的类型有关。四、设计实现1.一般实现设备电磁兼容的设计实现可分为以下两类:一是在设备或系统设计时就注意选用相互干扰小的元器件、器件和电路,并在结构上合理布局,以保证元器件等级上的兼容性。二是采用接地、屏蔽、滤波等技术,降低所产生的骚扰电平,增加骚扰在传播途径上的衰减。2.电磁兼容设计一般可依以下顺序进行。第一,做功能性设计。在方案已经确定的功能电路中,检验电磁兼容指标能否满足标准要求,此时若不满足要求则主要靠修改参数来达到要求,包括修改发射功率、工作频率、接收机灵敏度,重新选择元器件等。第二,做防护性设计。包括滤波、屏蔽、接地与搭接的设计,还包括时间、空间隔离和频率回避等技术措施。第三,做布局性设计。包括对整体布局的检验,电缆布线和分配,孔缝的位置检验和调整,组件和印制板布局方位的检验和调整等。电磁兼容具体设计过程如图3所示。❖ 
图3通常电路和设备的电磁兼容性设计具体包括:(1)元器件的选择;(2)电路的选择;(3)印制板的设计;(4)接地和搭接设计;(5)屏蔽技术应用;(6)滤波技术的应用;(7)电路布局和设备布局;(8)导线的分类和敷设。值得注意的是,电磁兼容设计要采取综合的方法,任何一种单独的措施都不会达到理想效果。电磁兼容的一个基本观点就是既要对噪声源进行抑制,又要提高敏感设备的抗扰度,不能单纯地强调一个侧面。如果无限制地对某个侧面提出过高要求,则可能导致人力、物力和时间上的浪费,有时甚至是难以实现的,因而应该站在整个系统的高度在系统的组织设计初期就考虑电磁兼容问题,并在设备制造、现场施工及使用维护中加以实施,这样才能确保整个系统的正常运转。

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