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1、抗磁場干擾和磁屏蔽材料2007年12月06日01:55 來源:《國際電子變壓器》 作者：高適編譯1引言20世紀后期的近30年來，隨著電子技術，尤其是電力電子技術的快速發(fā)展，其系統(tǒng)、裝備和各種元器件向高頻化、數字化、集成化、輕小型化、高功率密度和電子線路向低壓化方向發(fā)展已逐步成為事實。為此，這種現代化電子設備將不可避免地受到比以前的設備更為嚴重、復雜的雜散磁場的不良影響，即我們常說的電磁干擾（EMI），于是在產品（包括系統(tǒng)與元器件）設計上就出現了解決電磁兼容性（EMC）問題。在此，一個系統(tǒng)需要滿足如下三個原則：1）不對其它系統(tǒng)產生
2、干擾；2）對其它系統(tǒng)的輻射不敏感；3）不對自身產生干擾。EMC系統(tǒng)的基本框圖如圖1所示。圖1EMC耦合問題的基本分解框圖所以，系統(tǒng)（設備、元器件）防止干擾的三個途徑為：1）抑制源的發(fā)射；2）盡可能使耦合路徑無效；3）使接受體對發(fā)射不敏感。磁屏蔽設計是利用后兩個原理。磁場干擾的潛在源頭是永久磁鐵、電磁鐵、載有大電流的電纜、電動機、變壓器和其它線圈元件等等。磁場產生的干擾影響可以通過磁屏蔽、磁隔離、轉換元件等產生的作用來減至最小或消除。因為磁場通過導磁材料比它們在空氣中或其它媒質材料中更容易被轉移，所以，“磁屏蔽”常常用具有高磁導率
3、的磁性材料制作成環(huán)狀的或密閉的元件來“轉移”掉其鄰近的磁力線而達到目的。圖2圓柱體內部元件屏蔽示圖圖2所示為怎樣使一個圓柱體內部的元件對磁場進行屏蔽保護的示意圖。在實際應用中，圓柱體上下部的磁場都是向著屏蔽材料轉向的。在實際設計中，需要進行磁屏蔽的典型元器件有：變壓器、電動機、簧片式繼電器、電源、放大器、真空管、光電倍增管、磁控管、擴音器、儀表、揚聲器、記錄磁頭、儀器、電纜、晶體管、電波濾波器等。設備或元器件被屏蔽后的抗電磁干擾效果是根據導致的磁場強度的衰減程度來度量的。在屏蔽前后磁場強度的衰減量或衰減率是材料的磁導率，金屬的厚
4、度和屏蔽罩（盒）的幾何尺寸的函數。在一般情況下，高磁導率材料是較昂貴的。鑒于這個原因，使用最低磁導率的材料做屏蔽罩而又證明可以達到要求的磁場衰減率就是合適的材料。但由此也可見，用一層或數層較高磁導率的金屬做屏蔽罩，將十分可能比用價格較低的低磁導率的、但厚度較厚的材料作屏蔽罩之代價要小一些。2屏蔽設計進行屏蔽罩設計時，需要以下一些數據：首先，對其能夠衰減多少磁場強度必須測量或估算得出；其次，為了起到良好的屏蔽作用，必須挑選專門的形狀，典型的或相對可以預測的幾何形狀包括長的圓柱體和矩形殼體。當然還有許多其它形狀如圓錐體、平板或球體通
5、常都會被采用。由于常用設計程序主要用于圓柱狀屏蔽罩的設計，但它被用于其它形狀如矩形的屏蔽罩設計時，要用其最長的對角線去替代方程中的直徑尺寸“D”。開始設計屏蔽罩時，必須確定磁通密度之值（單位，高斯），也必須選擇屏蔽材料的厚度。因為屏蔽材料的μ與B的分布圖是非線性關系，工作在屏蔽罩的磁通密度必須使材料達到其峰值磁導率，例如坡莫合金和Mumetal的磁通量應在3600高斯左右。屏蔽材料的厚度可以由下式計算確定t=1.25DH/B（英寸）式中，B是衰減率（由屏蔽前的磁場強度除屏蔽后的磁場強度得到）。鎳含量高的磁性材料之μ值最小應該達到
6、80,000。通過對工作在2500至3500高斯左右磁通水平的材料進行試驗，很容易得到這個數值。根據第一個方程式，B值可以計算出來；同時，如果必須使B值變得更合適，則可以修改屏蔽罩的直徑。設計屏蔽罩時包括的一些其它注意事項是：1）對強度很高的磁場可以使用多層材料做的屏蔽罩，最靠近磁場的那一層應該是能夠削弱較大磁通量的合金材料如48合金，Magnesill；第二層應采用高磁導率的材料如坡莫合金。如果有可能，應該允許磁場發(fā)射源和最靠近它的那一層屏蔽材料之間的空隙最?。▇1/2″）。習慣上，多層屏蔽材料的每層之間是以聚脂薄膜樹脂層進行
7、分隔的。2）如果屏蔽罩對磁場發(fā)射源或屏蔽目標封閉其雜散磁場不能實現，則常?？梢允褂闷桨宀迦胨鼈冎g。如果平板的高度和寬度比發(fā)射源和屏蔽目標之間的距離尺寸大得多，則可以實現封閉雜散磁場。3）用厚度≤0.006″的金屬板“封閉”磁場時，一般是用在樣機的屏蔽，因為它們可以用手工成形（即使需用多層）。如果屏蔽罩要用機械成形，那么就可以采用較厚的材料進行屏蔽。應該注意的是任何強力的機械作業(yè)（如折彎、沖壓、氦弧焊接等）都會使材料產生應力，合理的加工方法是在材料加工以后進行退火。4）一般來說，在低頻（~60HZ）狀態(tài)，屏蔽罩的長度對直徑的比率
8、大于3時，將屏蔽材料的厚度從0.014″增加到0.050″，屏蔽的效果增強；如果該比率低于3，增加厚度至0.025″時，則影響磁場衰減的程度較小。3磁屏蔽材料上面已經讀到，磁屏蔽的效果是根據設備或元器件被屏蔽后所產生的磁場強度的衰減程度來度量的。從磁屏蔽的要求和
