如何從結構、技術等方麵進行電磁兼容設計?
發布時間:2013-03-07 責任編輯:Lynnjiao
【導讀】為(wei)了(le)保(bao)證(zheng)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)在(zai)複(fu)雜(za)的(de)電(dian)磁(ci)環(huan)境(jing)中(zhong)既(ji)不(bu)幹(gan)擾(rao)其(qi)他(ta)設(she)備(bei),而(er)又(you)不(bu)受(shou)其(qi)他(ta)設(she)備(bei)幹(gan)擾(rao)的(de)影(ying)響(xiang)而(er)能(neng)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo),這(zhe)就(jiu)要(yao)求(qiu)在(zai)設(she)備(bei)研(yan)製(zhi)的(de)初(chu)期(qi)階(jie)段(duan)必(bi)須(xu)從(cong)結(jie)構(gou)、技術等方麵進行嚴格的電磁兼容設計。
電磁兼容設計的基本要求
電磁兼容性是電子設備的主要性能之一,在進行設備功能設計的同時,還應進行電磁兼容設計。
電磁兼容設計的目的是使所設計的設備在複雜電磁環境中實現電磁兼容,因此在進行電磁兼容設計時應滿足以下要求: 首先明確設備所滿足的電磁兼容指標,然後確定設備的敏感器件、幹擾源及幹擾途徑,有針對性地采取措施,最後通過試驗了解設備是否達到了電磁兼容指標要求。
電磁兼容設計所采取的方法
對於通信車而言,通常其所裝載的設備量很多,包括配電設備、通信設備及終端設備等,各設備間很容易形成電磁幹擾,進而影響通信質量,因此設備在進行電磁兼容設計時要從3 要素( 幹擾源、耦合途徑和敏感設備) 出發,采取各種有效手段,抑製幹擾源,消除或減弱幹擾耦合,增加敏感設備的抗幹擾能力。
以某車載電子設備為例,由數字電流表、數字電壓表、轉換開關、斷路器、控製保護單元、互感器、接觸器等單元及元器件組成,其中數字電流表、數字電壓表、轉換開關、斷路器布置於前麵板上,控製保護單元、互感器、接觸器等單元及元器件放在機箱內部。此設備要滿足 GJB151A- 97 有關的電磁兼容指標要求,在結構設計等方麵采取的主要措施有: 儀表窗口的屏蔽; 機箱縫隙的屏蔽; 各單元合理布局及其屏蔽; 電纜敷設以及電源線濾波等。
儀表窗口的屏蔽
儀表窗口對設備來說是比較大的泄漏口,必須采取有效的措施將其屏蔽,為此采用加裝絲網屏蔽玻璃的方法對數字電流表、數shu字zi電dian壓ya表biao進jin行xing外wai部bu屏ping蔽bi。絲si網wang屏ping蔽bi玻bo璃li是shi由you一yi種zhong低di阻zu抗kang的de金jin屬shu絲si網wang通tong過guo特te殊shu工gong藝yi夾jia在zai兩liang層ceng玻bo璃li之zhi間jian製zhi成cheng,絲si網wang篩shai孔kong的de密mi度du決jue定ding其qi主zhu要yao的de屏ping蔽bi效xiao能neng。如ru圖tu1 所示,由於玻璃周邊預留了10~ 20 mm 金屬絲網毛邊,通過螺裝金屬外框將它緊緊壓在機箱上,從而獲得連續的導電表麵,以達到減少電磁泄露的目的。

圖1:儀表窗口的屏蔽
機箱縫隙的屏蔽
yingxiangpingbiwanzhengxingdezhuyaoyinsushipingbitishangdejiefeng。cichezaidianzishebeidekuangjiashicaiyonglvbanzhewanhouduihanercheng,hanfengpinghualianxu,shuyuyongjiuxingjiefeng,zhezhongjiefengchudeshepindianzujihuyujinshubanbenshendeshepindianzuxiangtong,congerbaozhenglepingbitijiehechudedianqilianxuxing。duiyukechaishijiefeng,rujixiang、蓋(gai)板(ban)接(jie)合(he)處(chu),往(wang)往(wang)采(cai)用(yong)螺(luo)釘(ding)緊(jin)固(gu)方(fang)式(shi),由(you)於(yu)螺(luo)釘(ding)的(de)間(jian)距(ju)不(bu)宜(yi)太(tai)小(xiao),接(jie)合(he)表(biao)麵(mian)的(de)不(bu)平(ping)整(zheng)以(yi)及(ji)蓋(gai)板(ban)材(cai)料(liao)的(de)翹(qiao)曲(qu)變(bian)形(xing)等(deng)原(yuan)因(yin),使(shi)接(jie)合(he)麵(mian)處(chu)不(bu)可(ke)避(bi)免(mian)地(di)產(chan)生(sheng)了(le)縫(feng)隙(xi),降(jiang)低(di)了(le)機(ji)箱(xiang)的(de)屏(ping)蔽(bi)效(xiao)能(neng),為(wei)此(ci)采(cai)取(qu)了(le)2 種方法來解決此問題: 增加縫隙深度,為了增加縫隙深度,機箱的彎邊寬度取15 mm,重疊尺寸越大,屏蔽效能越好; 減小縫隙長度,由於鈑金機箱很難做到接合麵處的高精度,為了彌補此缺陷,采用了經濟、實(shi)用(yong)的(de)方(fang)法(fa),在(zai)接(jie)合(he)麵(mian)處(chu)粘(zhan)貼(tie)帶(dai)背(bei)膠(jiao)的(de)鈹(pi)青(qing)銅(tong)簧(huang)片(pian),由(you)於(yu)簧(huang)片(pian)具(ju)有(you)一(yi)定(ding)的(de)彈(dan)性(xing),裝(zhuang)配(pei)後(hou)簧(huang)片(pian)變(bian)形(xing),接(jie)觸(chu)麵(mian)產(chan)生(sheng)一(yi)定(ding)的(de)壓(ya)力(li),使(shi)接(jie)合(he)麵(mian)具(ju)有(you)了(le)一(yi)定(ding)的(de)電(dian)氣(qi)連(lian)續(xu)性(xing)。
機箱內部各單元布局及其屏蔽
helibuzhishebeineigedanyuanjiyuanqijiandeweizhi,keyizuodaojijingjiyoushiyongdijianxiaoganraochengdu。shouxianbixumingqueganraoyuanheshouganqi,zaibenshebeizhongganraoyuanshikongzhibaohuqi,minganshebeishishuzidianliubiaohedianyabiao,weilebimianerzhejinlin,batamenfenbiefangzhiyujixiangdehoubuheqianbu,yongkongjianjulijianruobicidedianciganrao。weiledadaogengyouxiaodepingbixiaoguo,youzaidianliu、電壓表的表體外圍罩有屏蔽盒,表頭緊貼前麵板的屏蔽玻璃,玻璃的絲網毛邊通過螺裝金屬外框將它和機箱、屏蔽盒聯成一體,從而使表體完全處於電氣連續的金屬罩中( 如圖1 所示) ,而電流、電(dian)壓(ya)表(biao)引(yin)線(xian)則(ze)由(you)裝(zhuang)在(zai)屏(ping)蔽(bi)盒(he)上(shang)的(de)穿(chuan)心(xin)電(dian)容(rong)引(yin)入(ru),這(zhe)樣(yang)使(shi)引(yin)線(xian)所(suo)感(gan)應(ying)的(de)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)被(bei)旁(pang)路(lu)接(jie)地(di)。同(tong)樣(yang)控(kong)製(zhi)保(bao)護(hu)器(qi)也(ye)用(yong)屏(ping)蔽(bi)盒(he)對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)了(le)屏(ping)蔽(bi),進(jin)一(yi)步(bu)減(jian)小(xiao)了(le)它(ta)對(dui)外(wai)的(de)輻(fu)射(she)能(neng)量(liang),從(cong)而(er)獲(huo)得(de)較(jiao)好(hao)的(de)屏(ping)蔽(bi)效(xiao)果(guo)。
電纜選用及敷設
yinweidianlanshigaoxiaodediancibojieshouhefushetianxian,yeshiganraochuandaodelianghaotongdao,juedaduoshushebeidediancijianrongwentishidianlanzaochengde,jiejuedianlanwentidezhuyaofangfazhiyishiduidianlanjinxingpingbi,suoyicishebeixuanqulepingbicengzhilianghao( 低阻抗) 的電纜,並且保證電纜屏蔽層與機箱360.。低(di)阻(zu)抗(kang)搭(da)接(jie),使(shi)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)與(yu)機(ji)箱(xiang)構(gou)成(cheng)一(yi)個(ge)完(wan)整(zheng)的(de)屏(ping)蔽(bi)體(ti),這(zhe)樣(yang)在(zai)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)上(shang)能(neng)夠(gou)解(jie)決(jue)電(dian)纜(lan)輻(fu)射(she)的(de)問(wen)題(ti)。與(yu)此(ci)同(tong)時(shi),在(zai)電(dian)裝(zhuang)布(bu)線(xian)時(shi),要(yao)求(qiu)電(dian)源(yuan)配(pei)電(dian)線(xian)路(lu)與(yu)其(qi)它(ta)各(ge)類(lei)線(xian)路(lu)保(bao)持(chi)150mm 距離,敏感電路和幹擾電路各自單獨敷設,不能交叉重疊,且加大線束的間距,避免線纜間的耦合。
電源線濾波
為了抑製電源輸入端高頻幹擾信號對本係統的影響,加裝了EMC 電dian源yuan線xian濾lv波bo器qi。濾lv波bo器qi不bu同tong於yu其qi他ta電dian子zi元yuan器qi件jian,它ta的de性xing能neng與yu其qi安an裝zhuang方fang式shi有you很hen大da關guan係xi,所suo以yi在zai濾lv波bo器qi的de安an裝zhuang方fang式shi上shang采cai取qu了le一yi係xi列lie措cuo施shi。如ru圖tu2 所示,首先濾波器輸入與輸出線要遠離,以避免由於兩端耦合而導致高頻濾波效果變差等現象產生; 其(qi)次(ci)濾(lv)波(bo)器(qi)外(wai)殼(ke)與(yu)機(ji)箱(xiang)低(di)阻(zu)抗(kang)接(jie)觸(chu),同(tong)時(shi)要(yao)減(jian)短(duan)電(dian)源(yuan)端(duan)口(kou)到(dao)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)連(lian)線(xian),當(dang)電(dian)流(liu)進(jin)入(ru)機(ji)箱(xiang)後(hou),先(xian)流(liu)經(jing)濾(lv)波(bo)器(qi)進(jin)行(xing)濾(lv)波(bo),然(ran)後(hou)再(zai)到(dao)其(qi)他(ta)各(ge)單(dan)元(yuan); 最(zui)後(hou)電(dian)源(yuan)端(duan)口(kou)與(yu)濾(lv)波(bo)器(qi)之(zhi)間(jian)連(lian)線(xian)也(ye)要(yao)進(jin)行(xing)屏(ping)蔽(bi),這(zhe)樣(yang)外(wai)界(jie)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)不(bu)能(neng)沿(yan)電(dian)源(yuan)線(xian)進(jin)入(ru)設(she)備(bei),機(ji)箱(xiang)內(nei)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)也(ye)無(wu)法(fa)傳(chuan)出(chu)機(ji)箱(xiang),造(zao)成(cheng)幹(gan)擾(rao)發(fa)射(she)超(chao)標(biao)。

圖2:電源濾波器安裝方式
接地
接地是電子設備的一個很重要的問題,它可以使整個電路係統中所有單元電路的地之間沒有電位差,保證設備能穩定地工作。
此(ci)車(che)載(zai)設(she)備(bei)的(de)後(hou)麵(mian)板(ban)上(shang)安(an)裝(zhuang)有(you)接(jie)地(di)柱(zhu),即(ji)機(ji)殼(ke)地(di)。機(ji)殼(ke)地(di)可(ke)以(yi)使(shi)由(you)於(yu)靜(jing)電(dian)感(gan)應(ying)而(er)積(ji)累(lei)在(zai)機(ji)殼(ke)上(shang)的(de)大(da)量(liang)電(dian)荷(he)通(tong)過(guo)大(da)地(di)泄(xie)放(fang),避(bi)免(mian)由(you)於(yu)靜(jing)電(dian)放(fang)電(dian)時(shi)產(chan)生(sheng)的(de)大(da)電(dian)流(liu)流(liu)進(jin)設(she)備(bei)的(de)電(dian)路(lu)對(dui)其(qi)造(zao)成(cheng)幹(gan)擾(rao)和(he)危(wei)害(hai),合(he)理(li)的(de)接(jie)地(di)點(dian)對(dui)於(yu)整(zheng)個(ge)機(ji)箱(xiang)的(de)屏(ping)蔽(bi)效(xiao)能(neng)十(shi)分(fen)重(zhong)要(yao)。
測試結果及完善措施
此車載設備在采取了以上電磁兼容措施後,按GJB151A- 97 有關的電磁兼容指標要求進行測試,發現除了RE102 試驗項目超標外,其餘各項指標均合格。
對RE102 試驗項目進行觀察,發現測試結果圖的超標點為24 MHz、36 MHz 兩點,而這兩點分別是12 MHz 頻率點的二三次諧波。為了找到這一頻率點的元器件,對機箱內各單元進行了分析,發現控製保護單元中有一個12MHz jingzhen,youyujingzhenshuyugaozaoshengyuanqijian,nenggouchanshengjiaoqiangdefushe,congershiqizhoubianchongmanzhejinchangfushechang。ruguofushechangneiyouqijianhuozouxian,jingzhenjiqixieboxinhaojiangouhedaoqijianhuozouxianshangerfushechuqu;再者又發現控製保護單元的PCB banweicaiqujiujinjiedicuoshi,zhishitongguoyigenchangyinxianhejikedixianglian,zaochengxinhaodehuanlumianjizengda,chanshenglehenqiangdefushe,suoyiduikongzhibaohudanyuancaiqucuoshiyinggaishixingzhiyouxiaode。shouxianduijingzhenjinxingpingbiqiepingbitijiujinjiedi,ruohuafushefasheqiangdu; 然後控製保護單元的PCB bantongyangcaiqujiujinjiedicuoshi,bingqiezaipingbihechukouchudexinhaoxianshanganzhuangyigetieyangticihuan,keyijiangbuxuyaodegaopinganraoyizhidiao。tongguocaiquyishangcuoshihou,RE102 試驗指標合格,如圖3 所示。

圖3:測試結果圖
由(you)上(shang)所(suo)述(shu)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu),電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)是(shi)一(yi)門(men)實(shi)踐(jian)性(xing)很(hen)強(qiang)的(de)綜(zong)合(he)性(xing)學(xue)科(ke),無(wu)論(lun)是(shi)結(jie)構(gou)設(she)計(ji),還(hai)是(shi)印(yin)製(zhi)板(ban)設(she)計(ji),都(dou)需(xu)要(yao)采(cai)取(qu)行(xing)之(zhi)有(you)效(xiao)的(de)方(fang)法(fa)。該(gai)車(che)載(zai)設(she)備(bei)在(zai)采(cai)取(qu)了(le)以(yi)上(shang)各(ge)種(zhong)有(you)效(xiao)措(cuo)施(shi)後(hou),終(zhong)於(yu)達(da)到(dao)了(le)更(geng)為(wei)理(li)想(xiang)的(de)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)效(xiao)果(guo)。
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