EMC電磁兼容實踐知識
1電磁兼容設(shè)計中的實踐知識
●什么是電磁兼容性問題?
電磁兼容問題可以分為兩類,一類是電子電路、設(shè)備、系統(tǒng)在工作時由于相互干擾或受到外界的干擾,使其達不到預(yù)期技術(shù)指標。如裝于機柜內(nèi)的由微處理器構(gòu)成的控制電路受到裝在同一個機柜內(nèi)的馬達的干擾的問題。另一類電磁兼容問題,設(shè)備雖然沒有直接受到干擾的影響,仍達不到規(guī)定的功能性指標,但不能通過國家的電磁兼容標準,如計算機設(shè)備產(chǎn)生超過電磁發(fā)射標準規(guī)定的極限值,或在電磁敏感度、靜電敏感度等方面達不到要求。
●電子產(chǎn)品要滿足那些電磁兼容標準?
**產(chǎn)品要滿足GJB151A、GJB152A標準,民用設(shè)備要滿足GB9254、GB6833等標準或行業(yè)內(nèi)規(guī)定的有關(guān)標準。**標準比民用標準嚴格得多。無論那一種標準,其測試都是十分復(fù)雜的,并對測試環(huán)境和設(shè)備有嚴格的要求,因此測試要到指定的實驗室進行。
●使設(shè)備達到電磁兼容狀態(tài)的技術(shù)有哪些?
為了使設(shè)備或系統(tǒng)達到電磁兼容狀態(tài),通常應(yīng)用印制電路板設(shè)計、屏蔽機箱、電源線濾波、信號線濾波、接地、電纜設(shè)計等技術(shù)。
●做電磁兼容設(shè)計時有那些文獻資源可以利用?
國外在電磁兼容設(shè)計方面有許多手冊可以參考,國內(nèi)除了一些國外設(shè)計規(guī)范的中文譯本外,還有“電磁兼容工程設(shè)計手冊”。如果要系統(tǒng)地學習電磁兼容知識,可以參考“電磁兼容原理”。另外北京瑞特電子技術(shù)公司編輯的《電磁兼容與電磁干擾抑制技術(shù)》刊物,提供了實用而新穎的內(nèi)容。
2電磁屏蔽技術(shù)與材料
2.1電磁屏蔽的效果如何評價?
屏蔽體的有效性用屏蔽效能(SE)來表示,屏蔽效能的定義為:
SE=20lg(E1/E2) dB
式中,E1是沒有屏蔽體時測得的場強,E2是有屏蔽體時測得的場強。屏蔽效能與場強衰減的關(guān)系如表2-1:
表2-1屏蔽效能與場強衰減的關(guān)系
屏蔽前場強 |
屏蔽后的場強 |
衰減量 |
屏蔽效能(dB) |
1 |
0.1 |
0.9 |
20 |
1 |
0.01 |
0.99 |
40 |
1 |
0.001 |
0.999 |
60 |
1 |
0.0001 |
0.9999 |
80 |
1 |
0.00001 |
0.99999 |
100 |
1 |
0.000001 |
0.999999 |
120 |
屏蔽效能越高,每增加20dB的難度越大。民用設(shè)備的機箱一般僅需要40dB左右的屏蔽效能,而**設(shè)備的機箱一般需要60dB以上的屏蔽效能。
●什么材料可以作為屏蔽材料?
具有較高導(dǎo)電、導(dǎo)磁特性的材料可以作為屏蔽材料。常用的屏蔽材料有鋼板、鋁板、鋁箔銅板、銅箔等。隨著對民用產(chǎn)品電磁兼容性要求的嚴格化,越來越多的廠家采取在塑料機箱上鍍鎳或銅的方法來實現(xiàn)屏蔽。
●電磁屏蔽與靜電屏蔽有什么不同?
電磁屏蔽指的是對電磁波的屏蔽,而靜電屏蔽指的是對靜電場的屏蔽。靜電屏蔽要求屏蔽體必須接地。影響屏蔽體電磁屏蔽效能的不是屏蔽體接地與否,而是屏蔽體導(dǎo)電連續(xù)性。破壞屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性的因素有屏蔽體上不同部分的接縫、開口等。電磁屏蔽對屏蔽體的導(dǎo)電性要求要比靜電屏蔽高得多。
●材料的屏蔽效能只與屏蔽材料有關(guān)嗎?
不是,對于實際的屏蔽機箱,屏蔽效能在更大程序上依賴于機箱的結(jié)構(gòu),即導(dǎo)電連續(xù)性。機箱上的接縫、開口等都是電磁波的泄漏源。穿過機箱的電纜也是造成機箱屏蔽效能下降的主要原因。解決機箱縫隙電磁泄漏的方法是在縫隙處使用電磁密封襯墊。電磁密封襯墊是一種導(dǎo)電的彈性材料,它能夠保持縫隙處的導(dǎo)電連續(xù)性。
機箱上開口的電磁泄漏與開口的尺寸、輻射源的特性和輻射源到開口的距離有關(guān)。通過適當?shù)脑O(shè)計開口尺寸和輻射源到開口的距離能夠滿足屏蔽的要求。必要時可以使用截止波導(dǎo)管來達到即有開口又能阻擋電磁波的目的。
屏蔽機箱上絕不允許有導(dǎo)線直接穿過。當導(dǎo)線必須穿過機箱時,一定要使用適當?shù)臑V波器,或?qū)?dǎo)線進行適當?shù)钠帘巍?/span>
●為什么實際屏蔽體的屏蔽效能往往遠低于屏蔽材料的屏蔽效能?
這是因為大部分設(shè)計人員在設(shè)計屏蔽箱時是按照靜電屏蔽原理進行的,只重視了機箱的接地,而忽視了機箱的導(dǎo)電連續(xù)性和穿過機箱導(dǎo)線的處理。
●電磁密封襯墊有許多種類,它們各有什么特點?
電磁密封襯墊有一個共同的特點:彈性和導(dǎo)電性。任何具備這個特性的材料都可以作為電磁密封襯墊使用。根據(jù)這個要求,現(xiàn)在有各種各樣的電磁密封襯墊主要的幾種如下:
a.導(dǎo)電橡膠:在橡膠中摻入導(dǎo)電顆粒,使這種復(fù)合材料既具有橡膠的彈性,又具有金屬的導(dǎo)電性。但由于要具有良好的屏蔽性能,需要在橡膠中摻入重量達75%以上的導(dǎo)電顆粒,這已經(jīng)破壞了橡膠的結(jié)構(gòu),實際的導(dǎo)電橡膠已經(jīng)沒有了純橡膠的彈性好、拉伸強度高等特性。
b.雙重導(dǎo)電橡膠:與傳統(tǒng)的導(dǎo)電橡膠的區(qū)別在于,它不是在橡膠所有部分摻入導(dǎo)電顆粒,而僅在橡膠的外層摻入導(dǎo)電顆粒,這樣獲得的好處是既*大限度地保持了橡膠的彈性,又保證了導(dǎo)電性,是一種新型的屏蔽材料。這種材料的另一個優(yōu)點是價格低。
c.金屬編織網(wǎng)套:用金屬絲編織成的空心網(wǎng)套。這種材料具有彈性和導(dǎo)電性。
d.橡膠芯編織網(wǎng)套:以橡膠為芯的金屬編織網(wǎng)套。這種材料由于以彈性很好的橡膠為芯,因此彈性很好并且很耐壓。另外由于金屬網(wǎng)套具有很好的導(dǎo)電性,因此這種復(fù)合材料具有很好的彈性和導(dǎo)電性。
e.螺旋管襯墊:用不銹鋼或鈹銅卷成的螺旋管,具有很好的彈性,同時由于不銹鋼和鈹銅都是較好的導(dǎo)體,因此滿足彈性和導(dǎo)電性的要求。特別是用鍍錫鈹銅卷成的螺旋管具有很高的導(dǎo)電性,是目前屏蔽效能*高的屏蔽材料。
f.指形金屬片:用鈹銅作成的彈性金屬片材料。
g.定向金屬導(dǎo)電橡膠:在橡膠中填充方向一致的金屬絲,利用橡膠的彈性和金屬絲的導(dǎo)電性。
●各種電磁密封襯墊各有什么特點?
比較電磁密封襯墊的性能通常從屏蔽效能、彈性、壓縮長久形變、有無環(huán)境密封性、價格等幾個方面比較。常用襯墊的比較如表2-2所示:
表2-2 各種電磁密封襯墊的特點
襯墊種類 |
屏蔽效能 |
彈性 |
長久形變 |
環(huán)境密封 |
價格 |
優(yōu)點 |
不銹鋼螺旋管 |
高 |
好 |
小 |
無 |
低 |
價低 |
鍍錫鈹銅螺旋管 |
很高 |
好 |
小 |
無 |
中 |
屏蔽效能高 |
多重密封螺旋管 |
高 |
好 |
小 |
有 |
較高 |
有環(huán)境密封、耐久 |
指形金屬片 |
高 |
好 |
小 |
無 |
高 |
壓縮*大、允許切向滑動接觸 |
空心金屬網(wǎng)套 |
低頻高/高頻中等 |
好 |
較小 |
無 |
中 |
需要的壓力小 |
橡膠芯金屬網(wǎng)套 |
低頻高/高頻中等 |
好 |
小 |
無 |
低 |
價低 |
傳統(tǒng)導(dǎo)電橡膠 |
低頻低/高頻高 |
差 |
大 |
有 |
高 |
有環(huán)境密封、高頻屏蔽好 |
雙重導(dǎo)電橡膠 |
低頻低/高頻高 |
好 |
小 |
有 |
低 |
有環(huán)境密封、高頻屏蔽好、價低 |
定向金屬絲導(dǎo)電橡膠 |
低頻高/高頻低 |
好 |
小 |
有 |
低 |
有環(huán)境密封、價低 |
●電磁密封襯墊的屏蔽效能是怎樣測出來的?
有兩種方法,一種方法是測量屏蔽效能,如基于MIL-STD-285或GB/T12190-90的方法,這種方法中將電磁密封襯墊直接安裝到縫隙處,測量縫隙的泄漏。另一種方法是轉(zhuǎn)移阻抗法如QJ2892-97《EMI襯墊的測量與評價方法》,這種方法通過測量襯墊結(jié)合處的轉(zhuǎn)移阻抗來衡量襯墊的屏蔽效能。后一種方法得到越來越廣泛的應(yīng)用。襯墊的轉(zhuǎn)移阻抗越低,屏蔽效能越高。
●在使用電磁密封襯墊時應(yīng)注意什么?
首先根據(jù)設(shè)備的要求選用適當?shù)囊r墊,所謂的“適當”是指在屏蔽效能、安裝方式、價格、壽命等方面的綜合指標達到*優(yōu)。另外要考慮襯墊材料與屏蔽基體之間的電化學相容性。使用所有襯墊時,都要對襯墊的壓縮進行限位,防止過量壓縮而造成襯墊的損壞。
●屏蔽機箱的通風口怎樣處理?
當對通風量的要求不高時,可以使用穿孔金屬板,只要孔的直徑足夠小,就能夠達到所所要求的屏蔽效能。當對通風量的要求高時,必須使用截止波導(dǎo)通風板(蜂窩板),否則不能兼顧屏蔽和通風量的要求。如果對屏蔽要求不高,并且環(huán)境條件較好,可以使用鋁箔制成的蜂窩板,這種產(chǎn)品的價格低,但強度差,易損壞。如果對屏蔽的要求高,或環(huán)境惡劣(如**環(huán)境),則要使用銅制或鋼制蜂窩板,這種產(chǎn)品各方面性能優(yōu)越,但價格較高。
●什么是屏蔽膠帶,它有什么用途?
屏蔽膠帶是由銅箔或鋁箔等高導(dǎo)電性材料附上導(dǎo)電膠構(gòu)成的。主要用于縫隙的屏蔽和電纜屏蔽層的端接。
●使用屏蔽膠帶時要注意什么問題?
使用屏蔽膠帶時要注意用力壓緊,只有這樣才能使金屬箔與另一部分金屬實現(xiàn)良好電接觸,達到使機箱導(dǎo)電連續(xù)性的目的。
●選擇屏蔽產(chǎn)品時應(yīng)考慮什么問題?
在選擇屏蔽產(chǎn)品時應(yīng)考慮下列因素:
·工作頻率 |
·成本 |
·屏蔽/接地/其它 |
·屏蔽材料與基體的電化學相容性 |
·衰減特性 |
·電氣要求 |
·腐蝕的考慮 |
·緊固/安裝方法 |
·材料厚度/合金 |
·工作環(huán)境 |
·貯存環(huán)境 |
·空間/重量的考慮 |
·載荷/力 |
·核、生物、化學 |
·**性 |
|
·壽命 |
·重復(fù)使用性 |