抗磁場(chǎng)干擾和磁屏蔽材料

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1、抗磁場(chǎng)干擾和磁屏蔽材料2007年12月06日01:55　來源:《國(guó)際電子變壓器》　作者：高適編譯1引言20世紀(jì)后期的近30年來，隨著電子技術(shù)，尤其是電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，其系統(tǒng)、裝備和各種元器件向高頻化、數(shù)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(shí)。為此，這種現(xiàn)代化電子設(shè)備將不可避免地受到比以前的設(shè)備更為嚴(yán)重、復(fù)雜的雜散磁場(chǎng)的不良影響，即我們常說的電磁干擾（EMI），于是在產(chǎn)品（包括系統(tǒng)與元器件）設(shè)計(jì)上就出現(xiàn)了解決電磁兼容性（EMC）問題。在此，一個(gè)系統(tǒng)需要滿足如下三個(gè)原則：1）不對(duì)其它系統(tǒng)產(chǎn)生干擾；2）對(duì)其它系統(tǒng)的輻射不敏感；3）不對(duì)自身產(chǎn)

2、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(shè)備、元器件）防止干擾的三個(gè)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(duì)發(fā)射不敏感。磁屏蔽設(shè)計(jì)是利用后兩個(gè)原理。磁場(chǎng)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(dòng)機(jī)、變壓器和其它線圈元件等等。磁場(chǎng)產(chǎn)生的干擾影響可以通過磁屏蔽、磁隔離、轉(zhuǎn)換元件等產(chǎn)生的作用來減至最小或消除。因?yàn)榇艌?chǎng)通過導(dǎo)磁材料比它們?cè)诳諝庵谢蚱渌劫|(zhì)材料中更容易被轉(zhuǎn)移，所以，“磁屏蔽”常常用具有高磁導(dǎo)率的磁性材料制作成環(huán)狀的或密閉的元件來“轉(zhuǎn)移”掉其鄰近的磁力線而達(dá)到目的。圖2圓柱體內(nèi)部元件屏蔽示

3、圖圖2所示為怎樣使一個(gè)圓柱體內(nèi)部的元件對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽保護(hù)的示意圖。在實(shí)際應(yīng)用中，圓柱體上下部的磁場(chǎng)都是向著屏蔽材料轉(zhuǎn)向的。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，需要進(jìn)行磁屏蔽的典型元器件有：變壓器、電動(dòng)機(jī)、簧片式繼電器、電源、放大器、真空管、光電倍增管、磁控管、擴(kuò)音器、儀表、揚(yáng)聲器、記錄磁頭、儀器、電纜、晶體管、電波濾波器等。設(shè)備或元器件被屏蔽后的抗電磁干擾效果是根據(jù)導(dǎo)致的磁場(chǎng)強(qiáng)度的衰減程度來度量的。在屏蔽前后磁場(chǎng)強(qiáng)度的衰減量或衰減率是材料的磁導(dǎo)率，金屬的厚度和屏蔽罩（盒）的幾何尺寸的函數(shù)。在一般情況下，高磁導(dǎo)率材料是較昂貴的。鑒于這個(gè)原因，使用最低磁導(dǎo)率的材料做屏蔽罩而又證明可以達(dá)到要求的磁場(chǎng)衰減

4、率就是合適的材料。但由此也可見，用一層或數(shù)層較高磁導(dǎo)率的金屬做屏蔽罩，將十分可能比用價(jià)格較低的低磁導(dǎo)率的、但厚度較厚的材料作屏蔽罩之代價(jià)要小一些。2屏蔽設(shè)計(jì)進(jìn)行屏蔽罩設(shè)計(jì)時(shí)，需要以下一些數(shù)據(jù)：首先，對(duì)其能夠衰減多少磁場(chǎng)強(qiáng)度必須測(cè)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(duì)可以預(yù)測(cè)的幾何形狀包括長(zhǎng)的圓柱體和矩形殼體。當(dāng)然還有許多其它形狀如圓錐體、平板或球體通常都會(huì)被采用。由于常用設(shè)計(jì)程序主要用于圓柱狀屏蔽罩的設(shè)計(jì)，但它被用于其它形狀如矩形的屏蔽罩設(shè)計(jì)時(shí)，要用其最長(zhǎng)的對(duì)角線去替代方程中的直徑尺寸“D”。開始設(shè)計(jì)屏蔽罩時(shí)，必須確定磁通密度之值（單位，

5、高斯），也必須選擇屏蔽材料的厚度。因?yàn)槠帘尾牧系摩膛cB的分布圖是非線性關(guān)系，工作在屏蔽罩的磁通密度必須使材料達(dá)到其峰值磁導(dǎo)率，例如坡莫合金和Mumetal的磁通量應(yīng)在3600高斯左右。屏蔽材料的厚度可以由下式計(jì)算確定t=1.25DH/B（英寸）式中，B是衰減率（由屏蔽前的磁場(chǎng)強(qiáng)度除屏蔽后的磁場(chǎng)強(qiáng)度得到）。鎳含量高的磁性材料之μ值最小應(yīng)該達(dá)到80,000。通過對(duì)工作在2500至3500高斯左右磁通水平的材料進(jìn)行試驗(yàn)，很容易得到這個(gè)數(shù)值。根據(jù)第一個(gè)方程式，B值可以計(jì)算出來；同時(shí)，如果必須使B值變得更合適，則可以修改屏蔽罩的直徑。設(shè)計(jì)屏蔽罩時(shí)包括的一些其它注意事項(xiàng)是：1）對(duì)強(qiáng)度很高

6、的磁場(chǎng)可以使用多層材料做的屏蔽罩，最靠近磁場(chǎng)的那一層應(yīng)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(yīng)采用高磁導(dǎo)率的材料如坡莫合金。如果有可能，應(yīng)該允許磁場(chǎng)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(xí)慣上，多層屏蔽材料的每層之間是以聚脂薄膜樹脂層進(jìn)行分隔的。2）如果屏蔽罩對(duì)磁場(chǎng)發(fā)射源或屏蔽目標(biāo)封閉其雜散磁場(chǎng)不能實(shí)現(xiàn)，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(biāo)之間的距離尺寸大得多，則可以實(shí)現(xiàn)封閉雜散磁場(chǎng)。3）用厚度≤0.006″的金屬板“封閉”磁場(chǎng)時(shí)，一般是用在樣機(jī)的屏蔽，因?yàn)樗鼈兛梢杂檬止こ尚危词剐栌枚?/p>

7、層）。如果屏蔽罩要用機(jī)械成形，那么就可以采用較厚的材料進(jìn)行屏蔽。應(yīng)該注意的是任何強(qiáng)力的機(jī)械作業(yè)（如折彎、沖壓、氦弧焊接等）都會(huì)使材料產(chǎn)生應(yīng)力，合理的加工方法是在材料加工以后進(jìn)行退火。4）一般來說，在低頻（~60HZ）狀態(tài)，屏蔽罩的長(zhǎng)度對(duì)直徑的比率大于3時(shí)，將屏蔽材料的厚度從0.014″增加到0.050″，屏蔽的效果增強(qiáng)；如果該比率低于3，增加厚度至0.025″時(shí)，則影響磁場(chǎng)衰減的程度較小。3磁屏蔽材料上面已經(jīng)讀到，磁屏蔽的效果是根據(jù)設(shè)備或元器件被屏蔽后所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度的衰減程度來度量的。從磁屏蔽的要求和