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開關電源_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,對電磁兼容設備與應用技術的要求愈來愈高。國家標準GB/T 4365-1995《電磁兼容術語》對電磁兼容所下的定義為:設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。國家軍用標準GJB72-1985《電磁干擾與電磁兼容性名詞術語》也對電磁兼容做了明確的定義:“設備(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)。
電磁兼容設計的目的 :
(1)目的之一:確保設備不產(chǎn)生超出電磁兼容標準規(guī)范的噪聲源。
(2)目的之二:設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,所有設備、分系統(tǒng)以及系統(tǒng)都應該不受干擾并且不干擾其他設備。
電磁兼容設計的成本:
依據(jù)多年來電磁兼容技術和電力系統(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)過程之間的關系。因此電磁兼容設計在整個電子產(chǎn)品設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用是設計開發(fā)階段的幾十甚至上百倍,因而,一個產(chǎn)品在設計開發(fā)階段解決電磁兼容問題是非常重要的。
電磁兼容設計的方法 :
為了隔斷干擾的傳播途徑、提高弱電設備的抗干擾能力,在電磁兼容設計中經(jīng)常使用的方法有:分離、隔離、屏蔽、濾波以及保護。
(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行電氣的絕緣,以阻斷噪聲信號的傳導。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。
電磁兼容屏蔽技術的應用
1. 電磁兼容屏蔽性質的分類
(1)依照電磁場的性質來劃分: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,應該按磁場考慮。
(2)依照屏蔽體的結構分類: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,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;因為反射和頻率有直接關系,當頻率越低時,反射越嚴重。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)品上的應用:
在實際應用中,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。因為屏蔽體有吸收和反射導線、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。在大部分實際應用中,屏蔽主要是通過反射原理來完成的。
屏蔽設計往往與搭接聯(lián)系在一起。搭接是在兩金屬表面之間構造一個低阻抗的電氣連接。當兩邊的結構體不能完成很好的搭接時,通常需要通過密封襯墊來彌補。
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、安裝結構要求和成本要求等,通過對不同襯墊的特征進行比較得知,屏蔽涉及的關鍵是電連續(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。但是在實際應用中,往往有散熱孔、出線孔、可動導體等,所以如何合理的設計散熱孔、出線孔、可動部件間的搭接成為屏蔽設計的要點。只有合理協(xié)調孔縫尺寸、信號波長、傳播方向以及搭接阻抗等因素,才能設計出能起到一定功能的屏蔽體。
總結:
電子設備在電磁兼容試驗過程中需要考慮的問題非常多,在試驗過程中應對出現(xiàn)的問題具體分析,采取相應措施。開關電源變壓器初級的共模噪聲向次級噪聲傳遞是開關電源產(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鍵。
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