电磁兼容的概念


所谓电子产品的兼容,实际上是指电子产品自身在工作环境下能否正常进行工作运转,与此同时还不会对其所处环境中的其他电子产品造成干扰,即一方面电子产品在进行正常工作时,其所产生的电磁干扰不会对其工作环境中的其他电子设备产生干扰,影响它们进行正常工作,造成损害并且造成的影响要保持在一定值的范围之内(即对其他电子设备产生影响的限值);另一方面是电子产品自身要对所处的工作环境有一定的抗干扰能力,不会受到所处工作环境中的其他电子设备所产生的电磁的干扰而无法进行正常工作或造成一定程度的损坏,也就是指电子产品应具备电磁敏感性能力。


电磁兼容的重要性及其电磁兼容技术应用


电磁兼容的重要作用


随着人们对电磁兼容的不断认知,对电磁兼容的重视程度也逐渐增加。科学技术的不断发展使电磁兼容所涉及到的领域日益扩大,而今电磁兼容所产生的影响已不仅仅只是电子产品设备本身,由于电子产品自身内部结构发展得愈加袖珍与复杂,电磁兼容问题也就愈加重要,例如受电磁干扰,收音机无法收听广播、某些电子设备的数据在传输过程中发生丢失、一些医用电子设备工作失常、引发起爆装置使之发生爆炸、工业过程的某项控制功能完全失效等,电磁干扰或其产生的辐射还可以使生物体自身发生某些微妙的变化而产生一定的影响。因为这些干扰与被干扰的电磁问题,对电子产品电磁兼容问题进行研究就显得格外重要。


电磁兼容检测的必要性


1、为了电子设备工作的可靠性


电磁兼容性是指电子设备在电磁环境中正常工作的能力。电磁干扰是对电子设备工作性能有害的电磁变化现象。电磁干扰不仅影响电子设备的正常工作,甚至造成电子设备中的某些元器件损害。因此,对电子设备的电磁兼容技术要给予充分的重视。既要注意电子设备不受周围电磁干扰而能正常工作,又要注意电子设备本身不对周围其它设备产生电磁干扰,影响其它设备正常运行。


2、为了电子设备的国际接轨


近来,电磁兼容性已由事后处理发展到预先分析、预测和设计。电磁兼容已成为现代工程设计中的重要组成部分。电磁兼容性达标认证已由一个国家范围向全球地区发展,使电磁兼容性与安全性、环境适应性处于同等重要地位。


例如,欧共体将产品的电磁兼容性要求纳入技术法规,强制执行89/336/EEC指令,规定从1996年1月1日起电气和电子产品必须符合电磁兼容性要求,并加贴CE标志后才能在市场销售。没有CE的产品不得上市,不符合EMC指令要求的要被责令从市场上撤出,持续违反者将受到重罚。目前,美国、加拿大、日本、澳大利亚等国都已经颁布了相应的法规。


为了与国际接轨,我国外经部和国家出入境检验局于1999年1月起对个人计算机、显示器、打印机、开关电源、电视机和音响设备实施电磁兼容性强制检测。国家技术监督局规定从2002年10月起陆续对声音和电视广播设备、信息技术设备、家用电器、电动工具、电源、照明电器、电点火驱动装置、金融结算电子设备、安防电子产品和低压电器实施电磁兼容性强制性认证。


3、为了人身和某些特殊材料的安全


电磁波通过与电爆装置的控制电路感应耦合,形成的干扰电流可能引起电爆装置的爆炸。因此GJB786中规定,电引爆器导线上的电磁干扰感应电流和电压必须小于最大不发火电流和电压的15%。另外,各种燃油在强电磁场的作用下(直接照射、电火花、静电放电)有发生燃烧和爆炸的危险;电磁能量通过对人体组织的物理化学作用会产生有害的生理效应。因此,为了人身和某些特殊材料的安全,GJB786中还规定,电子设备的电磁辐射量连续波的平均功率密度不允许超4mW/cm2,脉冲波的平均功率密度不允许超过2mW/cm2。


电磁兼容的重要性及其电磁兼容技术应用


4、为了当今和未来战争的需要


核爆炸时产生的电磁脉冲,以光速向外辐射传播,其电场强度可达105V/m,磁场强度可达260A/m,脉冲宽度为20ns量级,电磁脉冲峰值处频率为105Hz。这种电磁脉冲作用于电子设备时,轻者造成电子设备性能恶化,重者造成电路元器件损坏。


特别是在当今和未来战争中,已经应用的电磁脉冲弹和正在研制的高功率微波武器都具有类似核爆炸时产生的电磁脉冲辐射,将对电子设备构成致命威胁。而电磁兼容可以为对抗这种威胁提供基本技术指导。


在日常生活,一些电磁干扰可能造成的危害:


①干扰电视的收看、广播收音机的收听。


②在数字系统与数据传输过程中数据的丢失。


③在设备、分系统或系统级正常工作的破坏。


④医疗电子设备(例如:医疗监护仪、心电起搏器等)的工作失常。


⑤自动化微处理器控制系统(例如:汽车的刹车系统、防撞气囊保护系统)的工作失控。


⑥导航系统的工作失常。


⑦起爆装置的无意爆炸。


⑧工业过程控制功能(例如:石油或化工)的失效。


除此之外,强电场还会对生物体造成影响,等等。由此可见,电磁环境的恶化,会导致多方面的后果。开展电磁兼容研究,加强电磁兼容管理,降低电磁骚扰,避免电磁干扰,是当务之急。


为了使产品成为商品之前就符合相应的电磁兼容标准,在开发过程中进行必要的电磁兼容检测将极大的有利于产品自身性能的稳定和质量的提高,更能节约成本。因此高性能屏蔽机房、EMC电波暗室以及相关专业电磁兼容测试仪器成为电子产品开发公司和制造厂家的必备设备,同时也是公司研发实力和测试水平的重要标志。


电磁兼容检测技术分析


1、电源电磁兼容检测


对电源进行电磁兼容检测技术分析,可使其控制能力得到较好的性能检测。当电源被其工作环境中的电磁或其他电子设备干扰时,看其是否会出现被损坏或者是性能降低等情况,检测的项目是浪涌电压抗扰度,这种试验方法主要是对电源线施加浪涌波形的电压,并对电源线的外壳也施加同等的波形电压,这样可以看出其电源线在受干扰时是否会发生毁坏,而在正常的有外壳的工作情况下是否也会受到干扰而发生工作状态不良或是毁坏。一旦发生电源线瞬间被击穿的现象时,说明电路装置中的滤波器型号不符或者输入端的滤波器耐受能力不够,也有可能是滤波器没有被加入到电子产品中。


2、辐射检测


这种检测要了解电子产品在进行正常工作时是否产生了电磁辐射,或者说其产生的电磁辐射是否会对其工作环境中的人类或其他电子设备造成影响或危害。检测所用的设备比较简单,也是比较安全的方式,使用处于AM频道的收音机,通过对电磁干扰收音机发出的噪音进行辨别。此种方法可以对手机和计算机进行相关的检测,对计算机的显示进行检测时,不得超过国家规定的12V/m的限制。


3、对外磁干扰检测


此检测主要是要了解所生产的电子产品是否具有一定的抗电磁干扰能力以及在一定程度的电磁干扰下是否会受到影响,甚至是损坏。通过射频电磁场干扰产生的辐射对其进行试验检测与分析,测试的一般方法是将电子产品置于黑暗的空间中并让其保持正常的工作状态,随后对其进行一定程度的干扰,此干扰要在电子产品能够允许承受的范围之内,并保证此干扰可以持续进行一段时间,观察进行干扰期间电子产品是否发生了变化,是否处于正常工作状态范围之中。倘若期间出现问题,要对产品设计进行适当的改造,而电子产品内部重要元件或较敏感的元件都应进行有效隔离处理,并采取有效的抗干扰措施。


电磁兼容技术发展现状


60年代以来,现代电子科学技术向高频、高速、高灵敏度、高安装密度、高集成度、高可靠性方面发展,其应用范围越来越广,渗透到了社会的每个角落,因而发达国家在EMC研究方面投入了大量的人力和物力。电磁兼容的研究在我国起步较晚,发达的西方国家早在20世纪80年代就已经发布了对电气设备的电磁兼容指标进行强制性认证的法令,任何电气设备必须满足相关的法律法规的要求方可投放市场,须取得认证合格证后才允许在市场上销售。


早几年前,我国的电气产品没有对电磁兼容指标作出具体的要求,相关的法律法规尚在制定中,国内的产品开发人员还没有把电磁兼容这一理念认识理解,许多产品在设计、开发阶段根本没有考虑到电磁兼容这一问题,加之不了解国外的电磁兼容相关标准,使得研发的产品不能通过国外强制性的电磁兼容测试,致使产品不能投放国外市场。设计开发的产品需要送到境外去做电磁兼容测试,不断地修改不断地测试,走了很多弯路,浪费了大量的人力物力,更浪费了宝贵的时间,甚至错失了许多商机。


随着我国加入WTO,电磁兼容在我国得到了越来越高度的重视,我国政府制定了较为完善的标准和相应的实施细则,从多种渠道推动国内电磁兼容检测和研究工作,开展了各种各样的围绕着电磁兼容设计、开发、测试等方面的培训活动,使产品的开发人员认识和领会了电磁兼容这一理论,在一定程度上推动了这一技术的实施。


电磁兼容技术应用


1、电磁兼容控制技术


电磁兼容性控制是一项系统工程,应该在设备和系统设计、研制、生产、使用与维护的各阶段都充分的予以考虑和实施才可能有效。科学而先进的电磁兼容工程管理是有效控制技术的重要组成部分。屏蔽、滤波、合理接地、合理布局等抑制干扰的措施都是很有效的,在工程实践中被广泛采用。但是随着电子系统的集成化、综合化,以上措施的应用往往会与成本、质量、功能要求产生矛盾,必须权衡利弊研究出最合理的措施来满足电磁兼容性要求。又如新的导电和屏蔽材料以及工艺方法的出现,使电磁兼容性控制技术又有了新的措施,可见电磁兼容控制技术始终是电磁兼容科学中最活跃的研究课题。


电磁兼容控制策略与控制技术方案可分为如下几类:


(1)传输通道抑制:具体方法有滤波、屏蔽、搭接、接地、布线。


(2)空间分离:地点位置控制、自然地形隔离、方位角控制、电场矢量方向控制。(3)时间分隔:时间共用准则、雷达脉冲同步、主动时间分隔、被动时间分隔。(4)频率管理:频率管制、滤波、频率调制、数字传输、光电转换。(5)电气隔离:变压器隔离、光电隔离、继电器隔离、DC/DC变换。


2、电磁兼容试验技术


我国运用电磁兼容试验技术,多起始于60年代前后,当时试验室条件简陋,测量设备多半是国内自行研制的简易测量设备,测量手段也比较落后。1966年船舶工业先行一步,制订了自己的行业测量标准JB-854-66《船用电气设备工业无线电干扰端子电压测量方法及允许值》。电磁兼容领域与其他专业相比,要更多地依赖于测量,而且电磁兼容测量对试验条件的要求又很严格。因此,随着国际电磁兼容标准的应用与转化,我国高标准的试验室陆续建成,专业技术队伍也不断扩充壮大,为电磁兼容试验技术的发展带来了机遇和条件保证。


本文摘自:电子发烧友

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