控制柜的EMC屏蔽设计技巧

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：在众多的EMC设计方法中，屏蔽设计是应对发射标准要求最直接、有效的方法，增强控制柜的屏蔽，可以明显减少辐射的水平。

EMC（Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容）是指电子、电气设备或系统在预期的电磁环境中，按设计要求正常工作的能力。

EMC的中心课题是研究控制和消除电磁干扰，使电子设备或系统与其他设备联系在一起工作时，不引起设备或系统的任何部分的工作性能的恶化或降低。

1.相关标准

对应的中国的GB 16899—2011《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》的相关标准是GB/T 24808—2009《电磁兼容电梯、自动扶梯和自动人行道的产品系列标准抗扰度》和GB/T 24807—2009《电磁兼容电梯、自动扶梯和自动人行道的产品系列标准发射》，对应的欧洲的EMC的相关标准为EN12016和EN12015。

（1）GB/T 24807—2009《电磁兼容电梯、自动扶梯和自动人行道的产品系列标准发射》的要求该标准主要对产品的对外干扰水平进行了要求，主要的要求有：

1）交流电源端口的传导干扰限值。

2）输出电源端口的传导干扰限值。

3）外壳端口的辐射干扰限值。

4）谐波畸变率，主要是电流的谐波畸变，包括畸变率及畸变系数（THD）。

其中外壳端口的辐射干扰限值是比较难达到的标准，单靠对控制柜进行屏蔽不一定可以解决问题，一定要通过系统的EMC设计方法进行应对，即EMC设计从每个部件开始，元器件布局也需要综合考虑EMC辐射因素。

（2）GB/T 24808—2009《电磁兼容电梯、自动扶梯和自动人行道的产品系列标准抗扰度》的要求该标准主要对产品的抗干扰水平进行了要求，主要的要求有：

1）静电放电干扰。

2）射频电磁场干扰。

3）电快速瞬变脉冲群干扰。

4）浪涌干扰。

5）射频场感应的传导干扰。

注意：电子安全和安全电路的要求与普通电路的要求不同，在阅读标准时需要区分。

2.电磁兼容设计方法的简单介绍

（1）屏蔽设计屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波，利用屏蔽降低辐射。增加屏蔽后，会带来散热的问题。此时可以采用铜网的方式进行散热，铜网网格的大小取决于辐射干扰电磁波的波长。

在众多的EMC设计方法中，屏蔽设计是应对发射标准要求最直接、有效的方法，增强控制柜的屏蔽，可以明显减少辐射的水平。

但是，降低辐射水平并不意味着能完全符合标准的要求，要通过标准要求，要从部件设计、整体结构设计开始。

（2）接地设计接地是改变共模电流方向的重要因素，不同的接地会对系统产生不同的EMC影响。

浮地并不能阻止共模电流进入产品，共模干扰可以通过寄生电容进入产品，造成不良影响。

图8-2-2 接地设计

接地点应注意靠近电源输入点，接地点远离电源输入口，必然导致较长的接地路径，接地效果大大降低。

（3）电缆

1）EMC测试从连接器电缆开始，标准要求的测试点都是电缆的接口位置，如电源输入端、电动机输出端等。自动扶梯中的电缆都是天线：

电缆与天线一样，当波长（λ）与电缆导体的长度同数量级时，会发生谐振。这时信号几乎可以100%转换成电磁场（或反之）。电缆的长度正好为电缆中传输信号波长的1/4时，便是一个将信号转变成场的极好的转换器。在电子产品工作频率越来越高的今天，工作信号的波长与电子产品中任何一根电缆的长度已经是同数量级了。电子产品的接地线也一样，不管是否接地，只要长度与工作信号频率的波长同数量级，都是辐射发射产生的天线。

2）在电磁兼容设计中，主要是抑制电缆中的共模电流，主要采用以下方法：

电缆要成为天线，需要一定的长度，而且电缆端口进行抗扰度和传导干扰测试的电缆最小长度为3m（有些标准中规定电缆进行浪涌测试的最小长度为10m），因此理论上在产品电缆设计时，只要在满足使用要求的前提下，尽量使用短的电缆，避免电缆成为天线，并免去大部分的EMC测试。增加共模电流回路的阻抗，因为在共模电压一定的情况下，增加共模电流路径的阻抗可以减小共模电流。对电缆进行屏蔽。使用平衡电路，因为平衡电路不仅可以减少辐射水平，同时也可提高抗干扰能力。

（4）连接器由于连接器一般与电缆相连，因此，每个连接器相当都带了一根天线，如何将天线的影响降到最小，需要采取一些措施。

1）失败的连接器设置方式如图8-2-3所示。这种设置方式使共模干扰从电缆1进入，通过电缆2入地，电流贯穿了整个设备，造成了干扰影响。

图8-2-3 失败的连接器设置方式

2）成功的连接器设置方式如图8-2-4所示。

（5）滤波与抑制为了减少对外的传导干扰和辐射干扰，一般需要增加滤波器。

1）接口滤波器和滤波电路的设计分析。滤波器的工作原理是在射频电磁波的传输路径上形成很大的特性阻抗，将射频电磁波中的大部分能量反射输入。对于系统的设计而言，仅需要了解滤波器内部原理、结构特点和自己产品所需要的滤波带宽，并和滤波器的设计单位进行沟通，针对自己产品设计专用的滤波器，并通过测试，达到最低的标准要求。

2）滤波器位置的放置。如图8-2-5所示是一种错误的滤波器的放置方式。