使用抑制電磁干擾電容器需要關(guān)注的內(nèi)容
電磁干擾指在復(fù)雜的電磁環(huán)境中,任何電子及電氣產(chǎn)品除了本身能夠承受一定的外來(lái)電磁干擾(Electrognetic Interference EMI)而保持正常工作外,還不會(huì)對(duì)其他電子及電氣設(shè)備產(chǎn)生不可承受的電磁干擾。
1.對(duì)電磁干擾的認(rèn)知
21世紀(jì)將是信息的時(shí)代,信息的產(chǎn)生、傳遞、接收、處理和儲(chǔ)存等都需要依賴電磁波作為載體。廣義地說(shuō),聲波、無(wú)線電波、光波均可作為信息載體,因此,廣義的電磁兼容性概念也應(yīng)拓展到聲、光、電的廣闊領(lǐng)域。
電子及電氣產(chǎn)品的電磁干擾發(fā)射或受到電磁干擾的侵害都是通過(guò)產(chǎn)品的外殼、交/直流電源端口、線、控制線及地線而形成的。按照EMI的傳播方式,可將其分為電磁輻射干擾和電磁傳導(dǎo)干擾兩大類。通常,輻射干擾出現(xiàn)在產(chǎn)品周圍的媒體中,傳導(dǎo)干擾則出現(xiàn)在各種導(dǎo)體中。一般來(lái)說(shuō),通過(guò)外殼發(fā)射的電磁干擾,或通過(guò)外殼侵入的干擾都是輻射干擾,而通過(guò)其它導(dǎo)體發(fā)射和入侵的干擾屬于傳導(dǎo)干擾。
2.電磁兼容的問(wèn)題
20世紀(jì)中葉以來(lái),電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,使人類社會(huì)的進(jìn)步和文明上了一個(gè)新的臺(tái)階,但是也給人們帶來(lái)了一系列社會(huì)問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題。家用電器、通信、計(jì)算機(jī)及信息設(shè)備、電動(dòng)工具、、等工業(yè)、科技、醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域的自動(dòng)控制、測(cè)量?jī)x器以及電力電子系統(tǒng)等的廣泛普及、應(yīng)用,深入千家萬(wàn)戶之中,使得電磁污染問(wèn)題日益突出,而電子設(shè)備的高頻化、數(shù)字化,干擾的能量密度增大,使有限空間內(nèi)的電磁環(huán)境更為惡化。
日本SAPIO公布了日本家用電器電磁輻射的檢測(cè)結(jié)果(表1)。瑞典等北歐三國(guó)于年所作的聯(lián)合調(diào)查指出:人類受到2mG(毫高斯)以上的電磁輻射影響,患白血病的機(jī)會(huì)是正常人的2.1倍,患腦腫瘤的機(jī)會(huì)是正常人的1.5倍,其他疾病的發(fā)病概率也明顯增加。
3.明確EMI抑制技術(shù)的主要內(nèi)容
(1). 抗EMI系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)
抗EMI系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)是提高電子整機(jī)EMC性能的關(guān)鍵所在。因此該技術(shù)又稱為EMC設(shè)計(jì)技術(shù)。
EMC設(shè)計(jì)的目的是使電子、電氣產(chǎn)品在一定的電磁環(huán)境中能正常工作,既滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗干擾極限值要求,在受到一定的電磁干擾時(shí),無(wú)性能降級(jí)或故障;又滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電磁輻射極限值要求,對(duì)電磁環(huán)境不構(gòu)成污染源。因此,EMC是產(chǎn)品的重要性能之一,也是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品效能的重要保證。
EMC設(shè)計(jì)要從產(chǎn)品預(yù)期的電磁環(huán)境、干擾源、耦合途徑和敏感部件入手,采用相應(yīng)的技術(shù)措施,抑制干擾源、切斷或削弱耦合途徑,增強(qiáng)敏感部件的抗干擾能力等。并進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真和測(cè)試驗(yàn)證。
EMC設(shè)計(jì)技術(shù)包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料和元器件的選取以及抗EMI元器件的使用等。其中有源器件的選用十分關(guān)鍵。
EMC設(shè)計(jì)技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的初級(jí)階段就應(yīng)十分重視,盡可能把80%~90%以上的問(wèn)題解決在初級(jí)階段。一旦產(chǎn)品批量生產(chǎn)了,發(fā)現(xiàn)EMC問(wèn)題再去解決,就會(huì)事倍功半。
(2). EMI抑制材料技術(shù)
(3). 屏蔽材料
屏蔽就是利用材料的反射和/或吸收作用,以減少EMI輻射。屏蔽材料的有效填置可減少或清除不必要的縫隙,抑制電磁耦合輻射,降低電磁泄漏和干擾。具有較高導(dǎo)電、導(dǎo)磁性能的材料可作為電磁屏蔽材料,一般要求屏蔽性能達(dá)40~60dB。目前常用的屏蔽材料有金屬材料和高分子材料兩大類。
金屬材料按用途又可分為襯墊屏蔽材料和透氣性屏蔽材料兩種。任何實(shí)用的機(jī)箱都會(huì)有縫隙,由于縫隙的導(dǎo)電不連續(xù)性,在該處即產(chǎn)生電磁泄漏。解決的辦法是在非長(zhǎng)久性搭接處加電磁密封襯墊。如金屬絲網(wǎng)襯墊、導(dǎo)電橡膠襯墊、鈹銅指形簧片、螺旋管襯墊及橡膠芯襯墊+金屬絲網(wǎng)等。任何機(jī)箱為了散熱透氣往往開有小孔,因此引發(fā)電磁泄漏,用金屬絲網(wǎng)難以達(dá)到完全屏蔽效果,需采用波導(dǎo)窗、多層截止波導(dǎo)通風(fēng)板和泡沫金屬等以改善屏蔽效果。由銅或鎳及連通的空洞組成、空心金屬骨架互連的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)金屬泡沫作屏蔽材料,在10~MHz范圍內(nèi),屏蔽性能達(dá)90dB,且重量輕、體積小,是很有前途的屏蔽材料。
高分子材料主要包括導(dǎo)電塑料、導(dǎo)電涂料和表面導(dǎo)電材料,此外還有導(dǎo)電玻璃和導(dǎo)電膜片;與金屬材料相比,它們具有重量輕、易成型、電阻率可調(diào)等特點(diǎn)。導(dǎo)電塑料是將導(dǎo)電物質(zhì)如碳黑、金屬粉或金屬纖維摻雜于樹脂中制成,屏蔽性能可達(dá)30~80dB;導(dǎo)電涂料通常由Ag、Ni、Cu或C導(dǎo)電物質(zhì)作填料,與合成樹脂、溶劑和添加劑一起,涂覆于塑料表面形成固化膜,產(chǎn)生導(dǎo)電屏蔽效果,性能為20~60dB不等;表面導(dǎo)電屏蔽材料一般采用金屬熔射、塑料電鍍、真空蒸發(fā)、貼金屬箔等手段,使絕緣材料表面形成導(dǎo)電層,鍍層最薄為2~5μm,屏蔽性能可達(dá)45~dB,甚至更高。
(4).吸波材料
吸波材料的主要功能是將干擾源所產(chǎn)生的電磁輻射能量轉(zhuǎn)化為其它能量(主要是熱能)而耗散掉。根據(jù)損耗機(jī)理不同,可分為電阻型、電介質(zhì)型和磁介質(zhì)型三大類。
電阻型吸波材料主要有碳精粉、石墨和SiC等,吸波能力主要取決于材料電阻率,由于這種材料吸收層厚度t與電磁波長(zhǎng)λ成正比,通常t=0.6λ,故適合于高頻段,若在MHz時(shí)應(yīng)用,材料厚度需達(dá)1.8m。
電介質(zhì)型吸波材料有BaTiO2、鐵電陶瓷等高介電材料,能量衰減主要來(lái)自介電損耗,而介電損耗與頻率依賴關(guān)系較強(qiáng),故吸收頻帶窄,且成本高,應(yīng)用受到一定限制。
磁介質(zhì)型吸波材料主要為鐵氧體,利用鐵氧體獨(dú)特的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率產(chǎn)生的磁損耗機(jī)理,吸收電磁波,成本低廉,所以目前應(yīng)用最為廣泛。其中MnZn鐵氧體EMI抑制材料主要用于低頻,NiZn鐵氧體EMI抑制材料主要用于高頻,而羰基鐵、鐵基、鎳基磁介質(zhì)則可在大電流情況下應(yīng)用,以解決鐵氧體磁芯的磁飽和問(wèn)題。