抑制电磁干扰源的设计

葛宁

（西安航空职业技术学院 陕西 西安 710089）

电磁干扰是任何能中断、阻碍、降低或限制电气、电子设备有效性能的电磁能量，由电磁干扰源、干扰路径、敏感设备构成。其中电磁干扰源的种类繁多，比如，地球表面的磁场强度约为5e－6特斯拉，雷电的大气干扰、静电和宇宙噪声等；人为的电磁干扰源主要有含有整流子的直流电机换向时产生的电弧和电流变化、电器开关动作时产生的电弧和电流变化、非线性元器件工作时产生的谐波、高频振荡器和无线电发送设备的电磁辐射等等。可以说电磁干扰源无处不在，下面结合实践针对电子设备常遇见的电磁干扰源的抑制方法进行讨论。

1 供电电源

供电电源，通常由于负载的通断过渡过程、半导体元器件的非线性、脉冲设备及雷电的耦合等因素，而成为电磁干扰源。供电电源的电磁兼容的设计方法如下。

1.1 采用交流电源滤波器

由于交流电源滤波器是低通滤波器，不妨碍工频电能的通过，而对高频电磁干扰呈高阻态，有较强的抑制能力。使用交流电源滤波器时，应根据其两端阻抗和要求的插入衰减系数选择滤波器；要注意其承受电压和导通电流的能力；屏蔽与机壳要电气接触良好；地线要尽量短，截面足够大；进出线要远离，而且滤波器应尽量靠近供电电源。

1.2 交流电源变压器加静电屏蔽

由于电源变压器初、次级间存在分布电容，进入电源变压器初级的高频干扰能通过分布电容耦合到电源变压器的次级。在电源变压器初、次级间增加静电屏蔽后，该屏蔽与绕组间形成新的分布电容。将屏蔽体接地，可以将高频干扰通过这一新的分布电容引入地，而起到抗电磁干扰的作用。静电屏蔽体应选择导电性好的材料如0.3～0.5 mm的铜箔或铝箔做，且首尾端不可闭合，以免造成短路烧毁变压器。

1.3 脉冲电压的吸收

对脉冲电压的电磁干扰可以采用压敏电阻、固体放电管或瞬态电压抑制二极管来吸收。当脉冲电压吸收器件承受一个高能量的瞬态过电压脉冲时，其工作阻抗能立即降到很低，允许通过很高的电流，吸收很大的功率，从而将电压箱制在允许的水平内。

压敏电阻或固体放电管可应用于直流或交流电路。单向瞬态电压抑制二极管应用于直流电路，而双向瞬态电压抑制二极管应用于交流电路。使用脉冲电压的吸收器件时，应选择其额定电压略高于设备的最大工作电压，以便无脉冲电压时，吸收器件的功耗最少；当有脉冲电压时，其箱位的电压应低于设备的最高绝缘电压，以便设备的安全；其通流能力应大于脉冲电压所产生的电流。

1.4 直流电源的电磁兼容措施

整流电路的高频滤波，即在整流管上并联小电容（0.01 μF）进一步滤掉从变压器进入的高频干扰。直流退藕，即在直流电源和地之间并联两个电容，大电容（10～100 μF）滤掉低频干扰，小电容（0.01～0.22 μF）滤掉高频干扰。

2 暂态过程

暂态过程是由于机械触点的分合、负载的通断和电路的快速切换等致使电压或电流的快速变化，而成为电磁干扰源。暂态过程的电磁兼容设计方法如下。

2.1 机械触点的熄火花回路

机械触点的熄火花回路由电阻（R）和电容（C）串联组成。其原理是用电容转换触点分断时负载电感（L）上的能量，从而避免在触点上产生过电压和电弧造成的电磁干扰，最终由电阻吸收这部分能量。回路参数计算如下：

式中，R—电阻（欧）、L—负载电感（微亨）、Im—负载电感中的最大电流（安）、C取 C1、C2中最大者。

2.2 电感负载的续流回路和吸收回路

直流电路电感负载的续流回路是用二极管反并联在电感负载上。当切断电感负载时，其上的电流经二极管续流，不会产生过电压而危及电路上的其他器件。参数选择如下：

式中，IF—二极管正向平均电流、VRRM—二极管反向重复峰值电压IN——电感负载的额定电流、VN—电感负载的额定电压。

如果用压敏电阻代替二极管，其效果会更好。因为压敏电阻吸收能量更快，从而减小了动作响应时间。另外，压敏电阻还可应用在交流电路电感负载的场合。应用压敏电阻时应当注意压敏电阻的标称电压、残压比、吸收能量能力、前沿响应时间等。

2.3 电容负载的限流回路

电容负载的限流回路由电阻（R）和开关并联组成。其原理是用电阻限制电容负载开始投人时的短路电流，从而避免短路电流造成的电磁干扰。经过时间（T）将开关闭合，切除限流电阻。参数选择如下：

式中，IN—负载的额定电流、VN—电源的额定电压、C—负载的电容。

2.4 电路快速切换的电磁兼容措施

电路快速切换（包括可控硅换流、直流斩波、二极管关断时的电荷存储效应等）将导致电压或电流的快速变化，而成为电磁干扰源。对此可采用如下电磁兼容措施：串联缓冲电感，以降低电流变化率；并联缓冲电容，以降低电压变化率；用电感电容谐振电路代替直流斩波，以降低电流变化率或电压变化率。

3 电磁辐射

电磁辐射包括电子设备内部和外部两种电磁辐射源。其实任一电流的周围都存在磁场，而变化的磁场会产生变化的电场，这种电磁场就是电磁干扰源。

电子设备中主要的电磁辐射源是大电流、高电压的强功率电路和器件；电压或电流快速变化的电路和器件以及高频电路和器件。电磁辐射的电磁兼容设计方法主要采用电磁屏蔽的方法。即用屏蔽材料将电磁辐射源封闭起来，使其外部电磁场强低于允许值的一种措施。电磁屏蔽的技术原理主要有两种：

一是反射，由于空气和金属屏蔽的电磁阻抗不同，使入射电磁电波产生反射作用。近场中的反射损耗R（dB）。

对磁场源而言：

二是吸收，进入金属屏蔽内的电磁波在金属屏蔽内传播时，由于衰减而产生吸收作用。吸收损耗A（dB）：

式中，ηr—相对导磁率、σr—相对导电率、f—电磁波频率（Hz）、d—屏蔽材料厚度（mm）、D—辐射源到屏蔽体的距离（m）

3.1 磁场屏蔽

采用导磁率高的材料作屏蔽体，它给低频磁通提供一个闭合回路，并使磁力线限制在屏蔽体内。屏蔽体的导磁率越高，厚度越大，磁阻越小磁场屏蔽的效果越好。当然要与设备的重量相协调。例如，在杂散藕合可能引起有害作用的电路中，应选用带有屏蔽的电感器和继电器，并将屏蔽有效地接地。

3.2 电场屏蔽

采用导电率高的材料作屏蔽体，并将屏蔽体接地成为零电位，因而电场不会泄漏到屏蔽体外部。电场屏蔽以反射为主，因此屏蔽体的厚度不必过大，而以结构强度为主要考虑因素。

3.3 电磁场屏蔽

采用导电率高的材料作屏蔽体，并将屏蔽体接地成为零电位。它是利用屏蔽体在高频磁场的作用下产生反方向的涡流磁场与原磁场抵消而削弱高频磁场的干扰，又因屏蔽体接地而实现电场屏蔽。屏蔽体的厚度不必过大，而以趋肤深度和结构强度为主要考虑因素。

应当特别注意电磁屏蔽的完整性。如果屏蔽体不完整，将导致电磁场泄漏、涡流的效果降低，即屏蔽的效果变差。

4 结 论

电磁干扰是影响电子设备正常工作的主要因素，在电子设备在电路设计、结构设计中不断的采取措施进行抑制，除以上干扰源讨论外，也可以从传播路径和敏感体的角度进行电磁兼容性设计。

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