驱动电源电磁兼容性及研究、现状、设计要点

电磁兼容性
1.电磁兼容学
电磁兼容学是一门新兴的、跨学科的综合性应用学科,作为边缘技术,它以电气和无线电技术的基本理论为基础,并涉及许多新的技术领域,如微波技术、微电子技术、计算机技术、通信和网络技术及新材料等。电磁兼容技术研究的范围很广,几乎所有现代化工业领域,如电力、通信、交通、航天、军工、计算机和医疗等都必须解决电磁兼容问题。驱动电源电磁兼容研究的目的如下。
(1)确保驱动电源内部的电路正常工作,互不干扰,达到预期的功能。
(2)降低驱动电源对外的电磁能量辐射,使驱动电源产生的电磁干扰强度低于特定的限定值。
(3)减少外界电磁能量对驱动电源的影响,提高驱动电源自身的抗干扰能力。
驱动电源研究的热点内容如下。
(1)电磁干扰源的特性及其传输特性。
(2)电磁干扰的危害效应。
(3)电磁干扰的抑制技术。
(4)电磁频谱的利用和管理。
(5)电磁兼容性标准与规范。
(6)电磁兼容性的测量与测试技术。
(7)电磁泄漏与静电放电等。
驱动电源厂家来讲,电磁兼容研究的目的就是达到驱动电源通过有关机构的CE认证和入网测试,获得市场准入,同时提高驱动电源的可靠性,减少网上事故。鉴于获取CE认证已成为驱动电源产品进入海外市场的准入条件,并且国内也对各通信产品的入网测试逐步增加电磁兼容测试内容,电磁兼容研究的意义不言而喻。
驱动电源电磁兼容是研究在给定的时间、空间、频谱资源的条件下:
(1)驱动电源内部各电路模块的相容性,互不干扰,能正常工作;
(2)驱动电源与不同设备之间的兼容性。

电磁兼容可分为电磁干扰(EMI)、电磁敏感度(EMS)两个部分。
(1)EMI:电磁干扰,即处在一定环境中的驱动电源在正常运行时,不应产生超过相应标准所要求的电磁能量。
(2)EMS:电磁敏感度,即处在一定环境中的驱动电源在正常运行时,驱动电源能承受相应标准规定范围内的电磁能量干扰,或者说驱动电源对于一定范围内的电磁能量不敏感,能按照设计的性能保持正常的运行。
电磁兼容学是技术与管理并重的实用工程学,需要投入大量的人力和财力。国际标准化组织已经开始制定电磁兼容的有关标准和规范,我国在这方面的起步虽然较晚,但发展很快。随着市场经济的发展,我国要参与世界技术市场的竞争,进出口的电子产品都必须通过电磁兼容检验。因此,我国政府和相关部门越来越关注电磁兼容问题,不断制定了相关的强制性贯彻标准。各部门和军兵种也都开始研究并建立不同规模的电磁兼容测试室和检测中心,促进了电磁兼容技术的普及、推广和应用。1998年我国已立法强制对6类进口电子产品(计算机、显示器、打印机、驱动电源、电视机和音响)及通信终端产品施行电磁兼容检测。1999年国家质量监督局发布了《电磁兼容认证管理办法》。我国电子技术标准化研究所的电磁兼容测试测试室,被美国联邦通信委员会通过了FCC认证。从2000年2月16日起,出口美国的信息技术设备和发射及接收设备,由该测试室出具的数据将直接被美国接受。产品的电磁兼容检测是实现电磁兼容不可缺少的技术手段,强制贯彻电磁兼容标准,则是保证产品质量和提高市场竞争力的先决条件。
电磁兼容的英文名称为ElectroMagneticCompatibility,简称EMC。所谓电磁兼容是指设备(分系统、系统)在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态。这里包含两层意思,即它工作中产生的电磁辐射要限制在一定水平内;另外,它本身要有一定的抗干扰能力。换句话说,一方面,电气、电子仪器产生的电磁干扰对其他任何仪器、系统均不产生影响;另一方面,即使受到其他仪器、系统的电磁干扰,电气、电子仪器也具有正常工作的抗扰性。电磁兼容的最大目的就是多台不同的设备在同一环境下使用时也可以确保正常工作的电磁环境。电磁兼容技术涉及的频率范围宽达0~400GHz,研究对象除传统设施外,涉及从芯片级到各型舰船、航天飞机、洲际导弹,甚至整个地球的电磁环境。
电磁兼容性技术又称环境电磁学,在开始的时候它仅仅考虑的是对无线电广播带来的射频干扰。但当今电子产品数量越来越多,各种电子设备发射功率越来越大,电子设备系统的灵敏度越来越高,接收微弱信号的能力越来越强,同时电子产品频带也越来越宽,尺寸越来越小,相互影响也越来越大。因此,电磁干扰不再局限于辐射,还要考虑感应、耦合和传导等引起的电磁干扰,如电磁辐射照射对生物的危害,静电、雷电等也都属于电磁兼容性范畴。电磁兼容三要素是干扰源、耦合通路和敏感体,切断以上任何一项都可解决电磁兼容问题。
电磁兼容的解决方案主要有屏蔽、接地和滤波,但是这三者或者这三者以外的方案之间有着必然的联系。任何EMC问题的处理都是围绕三要素进行的,即降低干扰源、切断或削弱传播途径、提高设备的抗扰能力。通常,合理的EMC设计是消除多数射频干扰的最经济有效的途径,即将电磁能量限制在需要它的地方。可以利用时钟扩频技术或适当减缓信号的上升沿来降低时钟信号的干扰强度,也可以在元器件选型方面及减少天线效应方面(如严格控制线头长度、控制信号回路面积)来控制电磁干扰的强度。通过必要的布局、布线及采取屏蔽、接地措施来提高设备的抗干扰能力。在三要素的对策中,切断干扰的传播途径是最重要的一环,在单板上可采取以下措施来切断耦合路径或者减少耦合。
(1)对应传导耦合:加滤波电容、滤波器、共模线圈,使用隔离变压器等。
(2)对应辐射耦合:相邻层垂直走线、加屏蔽地线、磁性元器件合理布局、3W规则、正确层分布、辐射能力强或者敏感信号布内层、使用I/O双绞线、辐射能力强的信号远离拉手条、板边缝隙等。从产品EMC设计的对策、手段来分,通常采用的不外乎接地、屏蔽、滤波3种。

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