設備電磁兼容性提升方法的探究

摘 要：隨著我國設備制造行業的不斷發展，如何提高電氣設備電磁兼容性的問題已經變得十分迫切。電磁兼容性是指設備或系統在其電磁環境中能正常運行并不對其環境中的任何設備產生無法忍受的電磁騷擾的能力。本文首先分析了設備電磁干擾的來源，然后分別從設備的線纜布局、電路板降噪、機殼設計以及接地技術四個方面探討了提高設備電磁兼容性的方法。

關鍵詞：設備；電磁兼容；提升；方法

一、提升設備電磁兼容性的意義

很多世界發達國家的設備制造商都十分重視設備電磁兼容性設計的研究，并制定了一系列相關的國際標準和行業標準。而在我國，電子設備制造行業的發展落后于發達國家，因此，目前國內對于設備電磁兼容性的研究主要還是針對電磁兼容認證測試，對設備出現的各類電磁兼容故障大多采用事后檢測和改進的辦法。因此，如何在設計過程中提高設備的電磁兼容性能，提高設備工作的可靠性、安全性，成為了一個非常重要和亟待研究的問題。

二、設備電磁干擾的來源

對于一臺設備而言，設備中的線纜、印制電路板以及殼體都會對設備的電磁兼容性產生不同的影響。

（一）線纜對設備電磁兼容性的影響

在電子設備中，存在有不同功能的模塊和器件，它們之前需要通過線纜相互連接，從而實現各種復雜的功能。當各條線纜相距很近時，線纜之間的寄生電容和電感，便會導致設備內部信號之間出現串擾，這種串擾對于低電平模擬信號的傳輸影響尤為嚴重，當設備內部信號發生串擾時，設備的抗電磁干擾能力和系統穩定性就會出現降低。

（二）印制電路板產生的電磁干擾

在印制電路板上，電源布線和信號布線是印制電路板電磁干擾的主要來源。由于在電源布線過程中會產生分布電容和分布電感，而印制電路板上的直流電源所驅動的負載通常又具有瞬態變化的特性，受分布阻抗的影響，負載電壓或電流的瞬態變化會引起電源電壓或電流發生瞬態變化，這樣一來，電源布線中既含有直流電壓，又含有瞬態變化的電壓，瞬變電壓又可能會產生高次諧波，這些都是產生電磁干擾的主要來源。在信號布線過程中，由于信號線在印制電路板中所占布線的比例較大，整個布線過程較為復雜，同時，每條信號回路都能形成電路系統中一個或大或小的“天線”，這些“天線”很容易被靜電放電感應出大的電壓或電流，從而增加了印制電路板對外界的電磁騷擾。

（三）機殼對抗電磁干擾能力的影響

常見的，設備機殼主要分為非金屬機殼和金屬機殼兩大類。當設備采用非金屬機殼時，輻射電磁場可以毫無阻攔地進入設備內部，并被內部電路和內部線纜所接收，從而對設備形成一定程度的干擾。當設備采用金屬機殼時，外界輻射電磁場依然可以通過金屬機殼上的孔和縫隙進入設備內部，從而對設備形成干擾。因此，機殼設計對于設備的抗電磁干擾能力有著十分關鍵的作用。

三、提高設備電磁兼容性的方案

通過對設備電磁干擾來源的分析，以下將探索相應的電磁兼容性提升方案。

（一）優化線纜布局

由于影響布線干擾的因素有電流、電壓和頻率等，所以在設備布線設計前，須對電纜線按傳輸信號的強弱進行分類，以使線纜間可能發生的串擾降至最小。例如，可根據不同線纜的功率進行分類，功率相近的線纜可一并布線，功率差距較大的線纜須分開進行布線。對于設備外接線纜，為了避免外接線纜將干擾帶入設備，可以在線纜進入設備的部位增加磁環。而對于高頻外接線纜，需要盡可能在布線設計時將其長度進行縮短，必要時還需采用對線纜進行屏蔽措施，從而降低高頻線纜對外界所產生的輻射。

（二）降低印制電路板產生的電磁干擾

針對電源布線產生的電磁干擾，可以通過在印制電路板上設置電源平面層的方式，以減小電源布線的分布阻抗，這種設計方法能使電路板上的各器件得到穩定的電壓，同時，由于電源平面往返的電流值大小相等，能有效降低磁場干擾。針對信號布線所產生的電磁干擾，首先需要在設計階段，盡可能對信號線的長度及回路面積進行減小，同時在高頻信號線中增加用于吸收瞬變電壓的器件，從而降低印制電路板對外界的電磁干擾。對于敏感區域，可以增加局部屏蔽來提高印制電路板的抗電磁干擾能力。

（三）機殼設計對設備抗電磁干擾能力的提升

對于非金屬機殼而言，可在殼體底部增加一塊金屬板，該金屬板能在一定程度上起到金屬機殼的作用。在設計過程中，設備內含有的濾波器、電源、瞬變吸收器件，以及印制電路板都應盡可能的裝在該金屬板上，脈沖群將通過金屬板與大地之間的分布電容形成干擾的返回通路。在要求更高的情況下，還可對非金屬機殼表面進行導電性噴涂，經過導電性噴涂的機殼能對設備內部起到較好的屏蔽作用。對于金屬機殼而言，主要是考慮機殼的孔洞及縫隙，這些都會影響金屬機殼的導電連續性，從而對機殼的屏蔽作用產生破壞。在設計過程中，需盡可能減少機殼的孔縫尺寸，并且在結構設計過程中，將設備中的線纜或器件盡可能遠離孔縫，從而降低外界輻射對設備內部電路的影響。

（四）采用正確的接地方法

除了上述三種提升設備電磁兼容性的方法外，采用正確的接地技術也能有效增強設備的抗電磁干擾能力。對于低頻電路，建議采用單點接地的方式。即，一臺設備中，首先確定一個公共電位的參考接地點，設備中凡是需要接地的模塊或器件，均將其連接到這一參考接地點上。這樣一來，信號就可以在不同電路或不同設備之間傳輸。對于高頻電路，元器件的引腳和電路的布線電感之間增加了接地線的阻抗，而且地線間的分布電容和分布電感會造成電路間相互耦合，從而降低電路工作的穩定性。為了減少地線間的分布電容和分布電感造成電路間的相互耦合，高頻電路建議采用就近接地的原則，把各條電路系統的地線就近接至低阻抗的地線上。

四、總結

通過上述對設備電磁兼容性問題的分析和討論可以看出，要徹底的消除設備電磁干擾以及對外界所有電磁干擾進行阻隔是不可能的，只有在設計過程中意識到電磁干擾的重要性，并通過多重手段不斷地對設備的電磁兼容性進行提升，才能使設備具有較好的抗干擾能力，同時將自身的電磁干擾抑制在一定范圍。

參考文獻：

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作者簡介：胡鵬路（1985-），男，工程碩士，工程師，研究方向：智能設備。