舰船信息技术设备的电磁兼容性设计

第31卷第9期2009年9月舰 船 科 学 技 术

SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYVo.l31,No.9

Sep.,2009

舰船信息技术设备的电磁兼容性设计

徐 平,万海军,张 勇,刘正伟

(海军电磁兼容研究检测中心,上海200235)

摘 要: 信息技术设备是现代化舰船上的主要装备,由于舰船上的电磁环境非常复杂,为了保证信息技术设

备能够高效指挥和控制现代化舰船,必须针对其电磁兼容性进行专门的设计。本文首先介绍了电磁兼容性的基本概念及电磁干扰产生的机理。然后从EMI滤波、元器件选择、机箱屏蔽、PCB抗干扰设计、接地和电路隔离等几个方面,对信息技术设备电磁干扰的抑制措施进行了分析讨论。所有这些都可以为舰船信息技术设备的电磁兼容性设计提供指导。

关键词: 舰船;信息技术设备;电磁兼容性;电磁干扰;滤波;屏蔽中图分类号: TM15

文献标识码: A

DOI:10 3404/j issn 1672-7649 2009 09 014

文章编号: 1672-7649(2009)09-0082-05

Electromagneticcompatibilitydesignininformationtechnologyequipmentofnavalship

XUPing,WANHai jun,ZHANGYong,LIUZheng wei

(EMCResearchandMeasurementCenterofNavy,Shanghai200235,China)

Abstract: Informationtechnologyequipmentisthemajorequipmentonmodernship.Becauseofthe

complexelectromagneticenvironmen,tthespecializedelectromagneticcompatibilitydesignisnecessaryforcommandandcontrolthemodernshipinefficien.tFirs,tthebasicconceptofEMCandmechanismofEMIareintroduced.Andthen,themethodsofEMIcontrolofinformationtechnologyequipmentareanalyzedinfilterofEMI,selectofelectronparts,shieldofequipmen,tanti jammingdesignofPCB,earthingandsegregateofcircuits.DirectionofEMCdesignininformationtechnologyequipmentofnavalshiparepresentedinthispaper.

Keywords: navalship;informationtechnologyequipmen;telectromagneticinterference;filter;shield

electromagneticcompatibility;

0 引 言

电磁兼容性是指设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力。由定义可以看出,EMC包括2方面含义,即设备或系统产生的电磁发射,不致影响其他设备或系统的功能;设备或系统的抗干扰能力,又足以使设备或系统的功能不受其他干扰的影响。现代化舰船电子设备中干扰源和敏感器件多,信号传输线复杂,电磁频谱宽,空间小,相互间的影响大,如果干扰效应十分严重,将导致设备或系统失灵,甚至可

能产生严重的故障或事故。所以电磁兼容性是舰船电子设备一项重要的指标,不仅关系到电子设备自身的性能,而且会对同一工作环境中的其他电子设备产生难以预测的影响

[1-2]

。

信息技术设备集电力、电子、通信、控制于一身,可以完成对舰船动力系统、电力系统、通信系统、导航系统、武器系统的控制以及信息交换。但是,信息技术也是一把 双刃剑 ,在高效指挥和控制现代化舰船的过程中,又成为其最主要的谐波源和干扰源。信息技术设备产生的谐波和电磁污染成为阻碍信息技术在舰船上进一步发展运用的的重大障碍,同时对舰

收稿日期:2007-07-26;修回日期:2009-06-04

作者简介:徐平(1982-),男,硕士,工程师,现从事电磁兼容性研究检测、数字化测试等研究工作。

船上其他电子设备造成严重干扰。因此,舰船信息技术设备的电磁兼容性设计成为一个迫切需要解决的问题。

电磁干扰产生的机理是:电磁干扰源发出的电磁能经某种传播途径传输至敏感设备,敏感设备又对此表现出某种形式的 响应 ,并产生干扰的 效果 。因此所有电磁干扰问题的产生都包括3个基本要素:电磁干扰源、对该干扰能量敏感的接收器、将电磁干扰源传输到接收器的传输通道(耦合途径)。而要解决电磁干扰问题就要对这3个要素进行控制。电磁干扰的分类很多,根据干扰传播的途径,可分为辐射干扰和传导干扰,如图1

所示。

良的低通滤波器,而且,目前信息技术设备EMI滤波器主要采用的是无源滤波器,其基本电路结构如图2

所示。

由于电源线中往往同时存在上述2种干扰,因此EMI滤波器一般由共模滤波电路和差模滤波电路综合构成。设计和选用EMI滤波器一定要根据电路的实际情况而定。首先测量传导干扰的电平和频带,再与电磁兼容的标准或实际应用需要信号电平进行比较,选择对超标信号或超过实际应用所需信号的幅值和频带有抑制作用的电源滤波器。如图3所示,某型信息技术设备在进行CE102(10kHz~10MHz电源

[4]

线传导发射)测试时,测试数据超出相应标准规定

从电磁兼容的三要素讲,要解决信息技术设备的电磁干扰问题,可从3方面入手:!减小干扰源产生的干扰信号; 切断干扰信号的传播途径;#增强受干扰体的抗干扰能力。为此,抑制信息技术设备电磁干扰要采取的主要方法有:EMI滤波、元器件选择、机箱屏蔽、印制电路板(PrintedCircuitBoard,PCB)抗干扰设计、接地和电路隔离等

[3]

的极限;整改时,针对超限值信号的幅值和频带选择EMI滤波器,加装以后,很好地解决了这一问题。曲

线1为未加装滤波器的CE102测试图,曲线2为加装滤波器的CE102

测试图。

。

1 EMI滤波

EMI滤波技术是抑制干扰的一种有效措施,尤其是在抑制信息技术设备的传导干扰方面,具有明显的效果。信息技术设备的传导干扰可分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是在相线与地线间、中线与地线间存在的干扰。其电流在相线与中线同时存在,大小相等,流向相同。差模干扰是在相线与中线间存在的干扰。其电流在相线与中线同时存在,大小相同,流向相反。无论是共模干扰还是差模干扰,都能使用EMI滤波器抑制。因为,通过对开关电源干扰的分析和实测可知,开关电源的干扰频率和频域要比目前绝大多数开关电源频率50~400Hz高得多和宽得多。所以作为抑制干扰的EMI滤波器应该是一个性能优

此外,在使用EMI滤波器时还要考虑滤波器插入损耗和安装质量,例如,电源EMI滤波器最好安装在设备机壳电源线进口的插座附近。

2 元器件选择

选择不易产生噪声的元器件也是减少信息技术设备电磁干扰的重要途径之一。基本原则是选择不

易产生传导和辐射噪声的元器件。通常特别值得注意的是二极管和变压器等绕组类元器件的选用。一般二极管都存在反向恢复过程。因为在执行关断操作前,二极管内有正向导通电流,故串联的电感内所存储的能量为LI/2。一旦执行关断操作后,其冲击电压即为噪声。反向恢复时间trr通常定义为从电流下降为0至反向电流衰减至反向恢复电流峰值25%的时间。电流下降时间tf与延迟时间td的比值称为恢复特性的软度,或称恢复系数。恢复系数越大,在同样的外电路条件下造成的反向电压过冲URP越小,执行关断操作时的振荡较少,而且是衰减性的振荡,故其噪声不致向外释放。反向恢复电流小、恢复时间短的快速恢复二极管是开关电源高频整流部分的较理想器件。

变压器等绕组类器件极易泄漏磁通,其他元器件受此磁通的感应而产生噪声,或成为辐射噪声而向空中释放电磁波。因此,凡属于绕组类元器件,均应该极力避免有泄漏磁通向外部释出。因变压器的一次侧是连接在噪声源上,即使一次与二次间有少许的寄生电容存在,则噪声也可以传导至二次侧处。因此一次与二次的寄生电容,也要力求减少。

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续性;对于通 …… 此处隐藏：7306字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……