抗磁场干扰和磁屏蔽材料

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1、抗磁场干扰和磁屏蔽材料2007年12月06日01:55　来源:《国际电子变压器》　作者：高适编译1引言20世纪后期的近30年来，随着电子技术，尤其是电力电子技术的快速发展，其系统、装备和各种元器件向高频化、数字化、集成化、轻小型化、高功率密度和电子线路向低压化方向发展已逐步成为事实。为此，这种现代化电子设备将不可避免地受到比以前的设备更为严重、复杂的杂散磁场的不良影响，即我们常说的电磁干扰（EMI），于是在产品（包括系统与元器件）设计上就出现了解决电磁兼容性（EMC）问题。在此，一个系统需要满足如下三个原则：1）不对其它系统产生干扰；2）对其它系

2、统的辐射不敏感；3）不对自身产生干扰。EMC系统的基本框图如图1所示。图1EMC耦合问题的基本分解框图所以，系统（设备、元器件）防止干扰的三个途径为：1）抑制源的发射；2）尽可能使耦合路径无效；3）使接受体对发射不敏感。磁屏蔽设计是利用后两个原理。磁场干扰的潜在源头是永久磁铁、电磁铁、载有大电流的电缆、电动机、变压器和其它线圈元件等等。磁场产生的干扰影响可以通过磁屏蔽、磁隔离、转换元件等产生的作用来减至最小或消除。因为磁场通过导磁材料比它们在空气中或其它媒质材料中更容易被转移，所以，“磁屏蔽”常常用具有高磁导率的磁性材料制作成环状的或密闭的元件来

3、“转移”掉其邻近的磁力线而达到目的。图2圆柱体内部元件屏蔽示图图2所示为怎样使一个圆柱体内部的元件对磁场进行屏蔽保护的示意图。在实际应用中，圆柱体上下部的磁场都是向着屏蔽材料转向的。在实际设计中，需要进行磁屏蔽的典型元器件有：变压器、电动机、簧片式继电器、电源、放大器、真空管、光电倍增管、磁控管、扩音器、仪表、扬声器、记录磁头、仪器、电缆、晶体管、电波滤波器等。设备或元器件被屏蔽后的抗电磁干扰效果是根据导致的磁场强度的衰减程度来度量的。在屏蔽前后磁场强度的衰减量或衰减率是材料的磁导率，金属的厚度和屏蔽罩（盒）的几何尺寸的函数。在一般情况下，高磁导

4、率材料是较昂贵的。鉴于这个原因，使用最低磁导率的材料做屏蔽罩而又证明可以达到要求的磁场衰减率就是合适的材料。但由此也可见，用一层或数层较高磁导率的金属做屏蔽罩，将十分可能比用价格较低的低磁导率的、但厚度较厚的材料作屏蔽罩之代价要小一些。2屏蔽设计进行屏蔽罩设计时，需要以下一些数据：首先，对其能够衰减多少磁场强度必须测量或估算得出；其次，为了起到良好的屏蔽作用，必须挑选专门的形状，典型的或相对可以预测的几何形状包括长的圆柱体和矩形壳体。当然还有许多其它形状如圆锥体、平板或球体通常都会被采用。由于常用设计程序主要用于圆柱状屏蔽罩的设计，但它被用于其它

5、形状如矩形的屏蔽罩设计时，要用其最长的对角线去替代方程中的直径尺寸“D”。开始设计屏蔽罩时，必须确定磁通密度之值（单位，高斯），也必须选择屏蔽材料的厚度。因为屏蔽材料的μ与B的分布图是非线性关系，工作在屏蔽罩的磁通密度必须使材料达到其峰值磁导率，例如坡莫合金和Mumetal的磁通量应在3600高斯左右。屏蔽材料的厚度可以由下式计算确定t=1.25DH/B（英寸）式中，B是衰减率（由屏蔽前的磁场强度除屏蔽后的磁场强度得到）。镍含量高的磁性材料之μ值最小应该达到80,000。通过对工作在2500至3500高斯左右磁通水平的材料进行试验，很容易得到这个

6、数值。根据第一个方程式，B值可以计算出来；同时，如果必须使B值变得更合适，则可以修改屏蔽罩的直径。设计屏蔽罩时包括的一些其它注意事项是：1）对强度很高的磁场可以使用多层材料做的屏蔽罩，最靠近磁场的那一层应该是能够削弱较大磁通量的合金材料如48合金，Magnesill；第二层应采用高磁导率的材料如坡莫合金。如果有可能，应该允许磁场发射源和最靠近它的那一层屏蔽材料之间的空隙最小（~1/2″）。习惯上，多层屏蔽材料的每层之间是以聚脂薄膜树脂层进行分隔的。2）如果屏蔽罩对磁场发射源或屏蔽目标封闭其杂散磁场不能实现，则常常可以使用平板插入它们之间。如果平板

7、的高度和宽度比发射源和屏蔽目标之间的距离尺寸大得多，则可以实现封闭杂散磁场。3）用厚度≤0.006″的金属板“封闭”磁场时，一般是用在样机的屏蔽，因为它们可以用手工成形（即使需用多层）。如果屏蔽罩要用机械成形，那么就可以采用较厚的材料进行屏蔽。应该注意的是任何强力的机械作业（如折弯、冲压、氦弧焊接等）都会使材料产生应力，合理的加工方法是在材料加工以后进行退火。4）一般来说，在低频（~60HZ）状态，屏蔽罩的长度对直径的比率大于3时，将屏蔽材料的厚度从0.014″增加到0.050″，屏蔽的效果增强；如果该比率低于3，增加厚度至0.025″时，则影响

8、磁场衰减的程度较小。3磁屏蔽材料上面已经读到，磁屏蔽的效果是根据设备或元器件被屏蔽后所产生的磁场强度的衰减程度来度量的。从磁屏蔽的要求和