電磁兼容的概念和設計方法及實例介紹

直流電路電感負載的續流電路是用二極管反并聯在電感負載上。當切斷電感負載時，其上的電流經二極管續流，不會產生過電壓而危及電路上的其它器件。

參數選擇如下：

IF>2IN (4)

VRRM>2VN (5)

式中：IF為二極管正向平均電流；

VRRM為二極管反向重復峰值電壓；

IN為電感負載的額定電流；

VN為電感負載的額定電壓。

如果用壓敏電阻代替二極管，其效果會更好。因為壓敏電阻吸收能量更快，從而減小了動作響應時間。另外，壓敏電阻還可應用在交流電路電感負載的場合。應用壓敏電阻時應當注意以下幾點：

——壓敏電阻的標稱電壓；

——壓敏電阻的壓比；

——壓敏電阻的吸收能量能力；

——壓敏電阻的前沿響應時間；

——壓敏電阻應當盡量緊靠電感使用。

3）電容負載的限流電路

電容負載的限流電路由電阻（R）和開關并聯組成。其原理是用電阻限制電容負載開始投入時的短路電流，從而避免短路電流造成的電磁干擾。經過時間（t）將開關閉合，切除限流電阻。

參數選擇如下：

R>2VN/IN （6）

t>3RC （7）

式中：IN為負載的額定電流；

VN為電源的額定電壓；

C為負載的電容。

4）電路快速切換的電磁兼容措施

電路快速切換（包括晶閘管換流、直流斬波、二極管關斷時的電荷存儲效應等）將導致電壓或電流的快速變化，而成為電磁干擾源。

對此可采用如下電磁兼容措施

——串聯緩沖電感，以降低電流變化率；

——并聯緩沖電容，以降低電壓變化率；

——用電感電容諧振電路代替直流斬波，以降低電流變化率或電壓變化率。

5.1.3 電磁輻射

電磁輻射包括電子設備內部和外部兩種電磁輻射源。其實任一電流的周圍都存在磁場，而變化的磁場會產生變化的電場，這種電磁場就是電磁干擾源。

電子設備中主要的電磁輻射源是大電流、高電壓的強功率電路和器件，電壓或電流快速變化的電路和器件以及高頻電路和器件。

對電磁輻射的電磁兼容設計是，采用電磁屏蔽的方法，即用屏蔽材料將電磁輻射源封閉起來，使其外部電磁場強低于允許值。

電磁屏蔽的技術原理主要有兩種：

一是反射，由于空氣和金屬屏蔽的電磁阻抗不同，使入射電磁電波產生反射作用。磁場中的反射損耗R(dB)，對磁場源而言

R=20log10{[0.012(μr/fσr)1/2/D]＋5.364D(fσr/μr)1/2＋0.354} （8）

式中：μr為相對磁導率；

σr為相對電導率；

f為電磁波頻率（Hz）；

D為輻射源到屏蔽體的距離（m）。

對電場源而言

R=322＋10log10(σr/μrf3D2) （9）

二是吸收，進入金屬屏蔽內的電磁波在金屬屏蔽內傳播時，由于衰減而產生吸收作用。吸收損耗A(dB)為

A=0.131d(μrfσr)1/2 （10）

式中：d為屏蔽材料厚度（mm）。

1）磁場屏蔽一般采用磁導率高的材料作屏蔽體，它給低頻磁通提供一個閉合回路，并使其限制在屏蔽體內。屏蔽體的磁導率越高，厚度越大，磁阻越小，磁場屏蔽的效果越好。當然屏蔽的設計要與設備的重量相協調。在雜散耦合可能引起有害作用的電路中，應選用帶有屏蔽的電感器和繼電器，并將屏蔽有效地接地。

2）電場屏蔽一般采用電導率高的材料作屏蔽體，并將屏蔽體接地，使電力線在此終止，因而電場不會泄漏到屏蔽體外部。電場屏蔽以反射為主，因此屏蔽體的厚度不必過大，而以結構強度為主要考慮因素。

3）電磁場屏蔽一般采用電導率高的材料作屏蔽體，并將屏蔽體接地。它是利用屏蔽體在高頻磁場的作用下產生反方向的渦流磁場與原磁場抵消而削弱高頻磁場的干擾，又因屏蔽體接地而實現電場屏蔽。屏蔽體的厚度不必過大，而以趨膚深度和結構強度為主要考慮因素。

應當特別注意電磁屏蔽的完整性，特別是電磁場屏蔽，因為它是利用屏蔽體在高頻磁場的作用下產生反方向的渦流磁場與原磁場抵消而削弱高頻磁場干擾的。如果屏蔽體不完整，則渦流的效果降低，導致電磁場泄漏，屏蔽的效果將大打折扣。

5.1.4 雷電

雷電是帶電云對地或帶電云之間的放電現象。帶電云對地放電為直接雷擊，而非直接雷擊時設備所受到的干擾為感應雷擊。由于雷電具有非常大的能量和非常短的持續時間，因此雷電是非常強的干擾源。

雷電的電磁兼容的設計方法是

1）對直接雷擊采用的設計方法采用接閃器、避雷引線和避雷接地組成的避雷系統。將直接雷擊的能量引入大地，以保護電子設備。

2）對感應雷擊采用的設計方法采用氣體避雷管、壓敏電阻、電壓瞬變吸收二極管或固體放電管。利用其非線性特性，對感應雷擊的高電壓尖峰削波和能量吸收，以保護電子設備。

5.1.5 靜電

當不同介質的材料相互摩擦時，會發生電荷轉移而產生靜電。當然靜電也可能以其它的方式產生，比如受到其它帶電體的感應。靜電場強的高低取決于材料所攜帶的電荷量多少和對地電容的大小。當這種材料對電子設備的場強超過絕緣介質的擊穿強度時，會發生電暈放電或火花放電，形成靜電干擾，可能導致電子設備損壞。

防靜電的電磁兼容的設計方法是

——防止靜電的產生，例如阻止靜電荷的積累、泄放積累的靜電荷，采用防靜電地板和靜電消除器等等。

——采用靜電屏蔽和接地措施，將靜電產生的電荷引走。

——采用耐靜電電壓值高的器件。

——采用靜電保護措施，例如增加串聯電阻以降低靜電放電電流，增加并聯元件以把靜電放電電流引走，對靜電作用下易損器件的操作防護和軟件的靜電防護等等。

5.1.6 無線電發射源

無線電發射機的頻率范圍為103～1012Hz。

無線電發射機的有效輻射功率（ERP）很高。例如，軍用雷達10GW，氣象雷達1GW，船用雷達100MW，電視廣播50MW，商用電臺300kW，廣播電臺100kW，業余通訊1kW，車用通訊100W。

因此，無線電發射源對電子設備是一很強的干擾源。

對無線電發射源的電磁兼容的設計方法是

——嚴格控制無線電發射的方位角度，以減少無線電發射源干擾的空間范圍。

——采用完整的電磁屏蔽和可靠的接地措施，以減少無線電發射源的泄漏干擾。