机箱电源的电磁兼容性设计

【摘要】作为给机箱供电的电源线是电磁干扰传入设备和传出设备的主要途径，本文主要针对电磁兼容实验传导干扰项目及实验中遇到的电磁干扰超标问题，进行单独的屏蔽和滤波设计，以解决电磁干扰对向内其他设备的影响。

【关键词】电磁干扰；电源滤波器；电磁屏蔽

1.引言

电磁兼容性(EMC)是指电子、电器设备共处一个环境中能互不干扰、兼容工作的能力。一个现代电子和电器产品(设备、系统)的电磁兼容性对保证产品正常功能的发挥起着至关重要的作用，这已是国内外业界公认的事实。

在实际电磁环境中，给电子设备供电的电源是电磁干扰传入设备和传出设备的主要途径，都存在着各式各样的电磁干扰。通过电源线，电网上的干扰可以传入设备，干扰设备的正常工作。同样，设备的干扰也可以通过电源线传到电网上，对网上其它设备造成干扰。

本文结合国军标的电磁兼容实验传导干扰项目及实验中遇到的问题，针对机箱电源进行电磁兼容性设计，以解决电磁干扰的问题。

2.传导干扰

在对机箱的电磁兼容性试验中发现，传导干扰项目CE102超标。其测试图如图1所示。

分析发现机箱的电源线上的噪声电流是产生传导干扰的主要原因。当这些电流传到供电网上，他们就将有效辐射，产生干扰。

传导干扰的耦合途径是直接相通的电路，干扰信号正是通过此电路由干扰源耦合到敏感设备。解决传导耦合的办法是进行电磁兼容性设计，即防止导线感应噪声，也就是采用适当的屏蔽并且在干扰进入敏感电路之前，用滤波方法从导线上除去噪声。

3.电磁兼容性设计

为了提高该设备的电磁兼容性能，在结构设计的初始阶段，从电磁干扰源、耦合途径和敏感电路及器件入手，采取适当设计方法和设计措施，满足GJB151A标准对电磁兼容性能的要求。为满足性能需要，确保每一个系统都能最大限度地的完成预定任务，必须对电子设备进行电磁兼容设计。为消除电子设备工作时对其有影响的所有干扰，主要从以下两个方面入手：（1）电磁屏蔽设计；（2）电源滤波设计。

3.1 电磁屏蔽设计

电磁屏蔽就是以金属隔离的原理来控制电磁干扰由一个区域向另外一个区域感应和辐射传播的方法。在机箱内部电路密集，功能复杂的情况下，每个元件之间电磁干扰较为复杂，需要采取恰当的屏蔽措施，因为屏蔽体对来自导线、电缆、元器件、电路或系统等机箱外部的干扰电磁波和机箱内部的电磁波均具有吸收能量、反射能量、和抵消能量的作用，所以屏蔽体具有减弱干扰的作用。

从电磁屏蔽的角度来看，理想的屏蔽机壳是使用较厚的金属板，该机壳具有连续的结构，且没有接缝和开口。但是实际上，考虑到机壳内电子设备的维护和散热性，选用具有坚固的结构且在接缝处和拐角处有高电导连续性的金属材料做成的机壳。本设计为了增加机箱外壳材料的电导性和磁导性，外壳选用硬质合金铝，表面氧化后，再进行电镀两种以上的金属材料。

由于机箱上与屏蔽体的接缝以及穿出屏蔽体的各种导线也是造成电磁泄漏的根源。可以采用在缝隙处加装电磁密封衬垫。使用屏蔽电缆等方法，达到预期效果。实践证明，此环节的设计是改动最多、反复试验最多的。在此环节的设计上，需要多方考虑、多管齐下，单靠一种难以实现设计目的。

3.2 EMI电源滤波器设计

考虑电源输入端高频干扰信号经过屏蔽体后并不能完全消除，还是会对机箱内部的一些敏感元件产生影响。选择在电源穿入处使用电源滤波器。

3.2.1 滤波器的基本原理

滤波技术的合理用可以有效地用于切断沿导线传播的传导骚扰。根据电子设备的工作要求，主要选用电源滤波器和吸收式电缆滤波器来抑制电源和电缆上输入信号的电磁干扰。这两种都属于低通EMI滤波器，在允许有用低频信号通过的同时阻止其他干扰分量的通过。

为了使设备能够满足电磁兼容标准中对传导发射、传导敏感度的要求以及对抑制设备产生较强的辐射干扰的要求，作为抑制干扰的电源滤波器应该是一个性能优良的低通滤波器。由于干扰信号有共模和差模两种，电源线滤波器要对这两种干扰都有衰减作用。其基本电路图如图2所示。

图2中，X电容用做滤除差模干扰信号的电容，Y电容式用做滤除共模干扰信号。L电感线圈一般绕制成共模扼流圈的形式。

3.2.2 滤波器的设计

EMI电源滤波器对干扰噪声的抑制能力用插入损耗I.L(Insertion Loss)来衡量，插入损耗定义为：没有滤波器接入时，从噪声源传输到负载的功率P1和接入滤波器后，噪声源传输到负载的功率P2之比，用分贝(dB)表示，其表达式如下：

，，

若接入滤波器前后负载阻抗不变，则可以用滤波器接入前后的端口电压V1和V2来表示，即：

分贝值越大，说明滤波器抑制噪声干扰能力越强。由于实际运用中，滤波器的插入损耗会有所降低，所以在正确选择滤波器时，需加入一定的余量。

3.2.3 滤波器的安装

滤波器不同于其他电子元器件，它的性能与其安装方式有很大关系，所以在滤波器的安装方式上也采取了一系列措施。如图3所示，首先滤波器输入与输出线要远离，以避免由于两端耦合而导致高频滤波效果变差等现象产生；其次滤波器外壳与机箱低阻抗接触，同时要减短电源端口到滤波器的连线，当电流进入机箱后，先流经滤波器进行滤波，然后再到其他各单元；最后电源端口与滤波器之间连线也要进行屏蔽，这样外界的电磁干扰不能沿电源线进入设备，机箱内的电磁干扰也无法传出机箱，造成干扰发射超标。

4.实验分析

把电源进行单独屏蔽并安装了电源滤波器后实验结果如图4所示，传导干扰项目CE102无明显超标现象。符合GJB151的要求，说明屏蔽设计和安装电源滤波器可有效的抑制机箱电源的电磁干扰。

5.结束语

电磁兼容性是电子设备或系统的重要性能之一。对电子设备进行电磁兼容性设计是一项复杂的技术任务。而机箱作为电子设备的基础结构，除了具备一定的机械保护作用以外，它还具有一定的屏蔽电磁干扰的作用，所以在机箱结构得到设计初期，机箱内外电子设备的电磁电磁兼容性设计也越来越重要。

参考文献

[1]刘素玲.车载电子设备电磁兼容性设计[J].综合电子信息技术,2006,36(4):43-45.

[2]周秀清,刘兆黎.电子设备机箱的电磁屏蔽设计探讨[J].石油仪器.2006,20(4):24-27.

[3]孙靖.电源滤波器的电磁兼容性设计[J].舰船电子对抗,2008,31(1):118-120.

[4]区建昌.电子设备的电磁兼容性设计[M].北京:电子工业出版社,2010.

作者简介：边园园（1986—），女，安徽五河人，硕士研究生，现就读于西安工程大学，研究方向：机械制造及其自动化。