淺談電磁干擾與電磁兼容
出處:陶顯芳 發(fā)布于:2011-08-24 12:10:13
電磁干擾是人們早就發(fā)現(xiàn)的電磁現(xiàn)象,它幾乎和電磁效應(yīng)的現(xiàn)象同時(shí)被發(fā)現(xiàn),1981年英國科學(xué)家發(fā)表“論干擾”的文章,標(biāo)志著研究干擾問題的開始。1989年英國郵電部門研究了通信中的干擾問題,使干擾問題的研究開始走向工程化和產(chǎn)業(yè)化。
電磁干擾(Electromagnetic Interference),簡稱EMI,有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾主要是電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號通過導(dǎo)電介質(zhì)或公共電源線互相產(chǎn)生干擾;輻射干擾是指電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號通過空間耦合把干擾信號傳給另一個電網(wǎng)絡(luò)或電子設(shè)備。為了防止一些電子產(chǎn)品產(chǎn)生的電磁干擾影響或破壞其它電子設(shè)備的正常工作,各國政府或一些國際組織都相繼提出或制定了一些對電子產(chǎn)品產(chǎn)生電磁干擾有關(guān)規(guī)章或標(biāo)準(zhǔn),符合這些規(guī)章或標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品就可稱為具有電磁兼容性EMC(Electromagnetic Compatibility)。電磁兼容性EMC標(biāo)準(zhǔn)不是恒定不變的,而是天天都在改變,這也是各國政府或經(jīng)濟(jì)組織,保護(hù)自己利益經(jīng)常采取的手段。
電磁干擾源包括微處理器、微控制器、傳送器、靜電放電和瞬時(shí)功率執(zhí)行元件,如機(jī)電式繼電器、開關(guān)電源、雷電等。在微控制器系統(tǒng)中,時(shí)鐘電路是的寬帶噪聲發(fā)生器,而這個噪聲被擴(kuò)散到了整個頻譜。隨著大量的高速半導(dǎo)體器件的發(fā)展,其邊沿跳變速率很快,這種電路將產(chǎn)生高達(dá)300 MHz的諧波干擾。
電磁兼容性(EMC)是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。因此,EMC包括兩個方面的要求:一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值;另一方面是指器具對所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度,即電磁敏感性。
地球平均每一秒鐘有100多次閃電,而閃電也是一個放電過程,由此可知,原來每秒中流進(jìn)地球1.4×103安培的電流就是用來打雷放電的。如果地球不經(jīng)常打雷放電,試想,地球電位正好是每秒要增加1.4×103伏特,一小時(shí)后地球電位就可以增加到500多萬伏,一天之后地球電位又會增加到12000多萬伏,這是一個多么巨大的數(shù)字,在此電場強(qiáng)度之下,任何東西都可能會被擊穿。所以,地球時(shí)時(shí)刻刻都在放電才應(yīng)該是正常的。

防止雷電的有效方法就是靜電屏蔽,例如,高壓電網(wǎng)為了避免雷擊,除了電線塔的高度要求比高壓電網(wǎng)線的高度高之外,在高壓電網(wǎng)線的上面還要設(shè)置一根屏蔽線,這根屏蔽線通過電線塔與大地連接。當(dāng)遇到打雷時(shí),屏蔽線首先與雷電接觸,把產(chǎn)生雷電物體(云)的電荷通過屏蔽線,再經(jīng)電線塔傳入大地而被釋放掉。避雷針也是這個道理,在物體的高處安裝針狀導(dǎo)體,并把它連接到大地,把空中帶電物體(云)的電荷通過避雷針放電引入大地,以降低帶電物體(云)對其它物體或人體感應(yīng)產(chǎn)生放電的機(jī)會。
除了屏蔽可以防止雷擊以外,很多貴重電器設(shè)備還需要對雷電感應(yīng)進(jìn)行保護(hù),因?yàn)椋?dāng)雷電擊中某個建筑物的機(jī)房,或某個供電設(shè)備的時(shí)候,瞬間幾十萬安培以上的電流通過這些建筑物或設(shè)備,也會對周圍幾十米范圍內(nèi)的電器設(shè)備產(chǎn)生電磁感應(yīng),使周圍的電線或設(shè)備,不管是否與雷擊物體直接接觸或不接觸,都會通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生高壓脈沖,很容易把電器設(shè)備中的電子器件擊穿損壞。因此,對那些與長電纜線連接的設(shè)備,對它們進(jìn)行過壓保護(hù)還是必要的。
對于交流供電系統(tǒng)設(shè)備的防雷,一般都是用壓敏電阻跨接于電源線與地線之間,用于對雷電感應(yīng)高壓電脈沖進(jìn)行放電,避免設(shè)備被高壓電脈沖擊穿損壞;而小電器設(shè)備或器件防雷電擊穿損壞,可選用放電管或壓敏二極管,也可以選用壓敏電阻等跨接于輸入線與大地之間,例如,一般家中的電話插座以及有線電視插座內(nèi)部都應(yīng)該連接一個或兩個放電管到大地。放電管的工作原理是在玻璃管或陶瓷管中注入惰性氣體,惰性氣體平時(shí)不導(dǎo)電,當(dāng)電場強(qiáng)度強(qiáng)到一定的時(shí)候,惰性氣體開始電離導(dǎo)電;壓敏二極管和壓敏電阻的工作原理與穩(wěn)壓管的工作原理很接近,平時(shí)也不導(dǎo)電,當(dāng)電壓超過一定值后,壓敏二極管或壓敏電阻就擊穿導(dǎo)通,不過這種擊穿是可以恢復(fù)的。
圖2是電視機(jī)防雷擊電路,圖中防雷擊電路是在PCB電路板上直接制作放電間隙(6mm)裝置,在外接天線端口就近與電網(wǎng)輸入引線之間加接這種放電間隙裝置。由于電視機(jī)本身沒有金屬機(jī)殼或機(jī)殼接地電氣連接點(diǎn),所以防雷放電間隙可直接利用電網(wǎng)輸入電源引線代替地線使用。

另外,電視機(jī)的安全標(biāo)準(zhǔn)要求冷熱地之間的耐壓強(qiáng)度大于AC2000V,而絕緣距離要求大于6mm,選用其它放電器件反而難以符合安全要求,并且會提高成本。因?yàn)樵谡鈮合?,?萬伏的正常放電距離正好是10mm,因此,2000伏的正常放電距離是2mm,而取3倍安全系數(shù)后正好就是6mm。圖2中,電視機(jī)防雷擊電路制作成鋸齒狀的原因,是讓高壓放電更容易發(fā)生,因?yàn)殡姌O的處電場強(qiáng)度強(qiáng),當(dāng)放電產(chǎn)生后,周圍空氣將變成導(dǎo)體,使放電更容易進(jìn)行,這樣,在很短時(shí)間內(nèi)就可以把電放完。
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