前面我們介紹過《EMC案例分析——開關(guān)電源中變壓器初、次級線圈之間的屏蔽層對產(chǎn)品EMI的影響》，文中介紹開關(guān)電源內(nèi)部變壓器該如何做屏蔽，本文也是和開關(guān)電源有關(guān)，只是和開關(guān)電路本身沒有關(guān)系，主要介紹開關(guān)電源的外殼該如何配置以及配置不當(dāng)對輻射發(fā)射的影響。

由于文章比較長，本次案例分兩篇來闡述。

Part 1

現(xiàn)象描述

如下圖所示，一個采用金屬外殼 “屏蔽” 的 AC/DC 電源產(chǎn)品 ( “屏蔽” 外殼上“屏蔽” 外殼上蓋板與下蓋板通過螺釘接觸良好, 螺釘之間間距為5cm)。

測試時有如下現(xiàn)象：

在進行輻射發(fā)射測試時發(fā)現(xiàn)不能通過。其測試頻譜圖如下：

去除電源的金屬 “ 屏蔽”外殼后, 測試反而能通過?其測試頻譜圖如下所示：

從測試頻譜圖可以看出, 采用金屬 “屏蔽” 外殼時的輻射發(fā)射水平遠高于不用金屬外殼時的輻射發(fā)射水平（有的差值在20dB以上）??

這似乎看起來與我們常見的電磁場屏蔽理論相違背?那究竟真相是什么呢？且待下文分解。

Part 2

原因分析

因為該案例是圍繞屏蔽與否對輻射發(fā)射的影響來展開的，那首先我們先要了解屏蔽的概念。

所謂屏蔽就是對兩個空間區(qū)域之間用金屬進行隔離, 以控制電場? 磁場和電磁波由一個區(qū)域?qū)α硪粋€區(qū)域的感應(yīng)和輻射??

具體來講, 就是用屏蔽體將元器件? 電路? 組合件? 電纜或整個系統(tǒng)的干擾源包圍起來, 防止干擾電磁場向外擴散，這個屬于EMI電場干擾的范疇，即降低對外界的干擾;

用屏蔽體將接收電路? 設(shè)備或系統(tǒng)包圍起來, 防止它們受到外界電磁場的影響，這個屬于EMS的范疇，即提高自身的抗干擾能力?

為什么屏蔽體可以起到屏蔽作用？其屏蔽的方式主要有以下幾種：

吸收能量（渦流損耗）：導(dǎo)體在非均勻磁場中移動或處在隨時間變化的磁場中時，由導(dǎo)體內(nèi)的感生電流導(dǎo)致的能量損耗，在導(dǎo)體內(nèi)部形成的一圈圈閉合的電流線，稱為渦流（又稱傅科電流），這也是電磁爐的工作原理。

反射能量：電磁波在屏蔽體上的界面反射，這個在后面會有詳細介紹。

抵消能量：電磁感應(yīng)在屏蔽層上產(chǎn)生反向電磁場, 可抵消部分干擾電磁波。

實際上， 屏蔽按屏蔽機理可分為磁場屏蔽、 電磁場屏蔽和電場屏蔽。

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磁場主要產(chǎn)生于大電流? 小電壓的電路信號, 其方向可以用右手定則來判斷。

磁場的傳播可以看成是電路之間的互感而導(dǎo)致的耦合, 磁場屏蔽主要是依靠具有低磁阻的高導(dǎo)磁材料對磁通進行分路,從而使得屏蔽體內(nèi)部的磁場大為減弱??

屏蔽體設(shè)計中一般需要選用高導(dǎo)磁材料, 如坡莫合金、非晶態(tài)合金和其它的一些稀土合金。

進行磁場屏蔽時，注意：

可以適當(dāng)增加屏蔽體的厚度。

被屏蔽的物體不要安排在緊靠屏蔽體的位置上, 以盡量減小通過被屏蔽物體體內(nèi)的磁通。

注意屏蔽體的結(jié)構(gòu)設(shè)計, 拼接縫? 通風(fēng)孔等均可能增加屏蔽體的磁阻, 從而降低屏蔽效果?

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電磁場是電場與磁場交替進行傳播的電磁波,如下圖所示：

電磁場屏蔽是利用屏蔽體阻止電磁場在空間傳播的一種措施?如下圖所示：

其屏蔽過程如下：

當(dāng)電磁波到達屏蔽體表面時, 由于空氣與金屬的交界面上阻抗不連續(xù),對入射波產(chǎn)生了反射? 這種反射不要求屏蔽材料必須有一定的厚度, 只要求交界面上阻抗的不連續(xù)。

未被表面反射掉而進入屏蔽體的能量, 在屏蔽體內(nèi)向前傳播的過程中, 被屏蔽材料所衰減? 也就是所謂的吸收（也可稱其為渦流損耗）。

在屏蔽體內(nèi)尚未衰減掉的剩余能量, 傳到材料的另一表面時,遇到金屬-空氣阻抗不連續(xù)的交界面, 會形成再次反射, 并重新返回屏蔽體內(nèi)。

在兩個金屬的交界面上可能有多次反射出現(xiàn)?

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電場主要產(chǎn)生于小電流、 大電壓的電路信號，與磁場的傳播可以看成是電路之間的互感而導(dǎo)致的耦合， 它可以看成寄生電容形成的耦合，電場屏蔽就是改變原來的耦合關(guān)系， 使干擾源耦合不到敏感設(shè)備中去。

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因為輻射發(fā)射測試的主要是電場，故本案例產(chǎn)品所需的屏蔽是電場屏蔽或電磁場屏蔽 。

按照以上的分析，本案例采用金屬屏蔽似乎沒有問題。因為屏蔽殼體已經(jīng)將 PCB及 PCB 上的所有電路都封閉在金屬屏蔽殼之內(nèi)??

但是, 設(shè)計者忽略了一點: 本案例產(chǎn)品在半波暗室里所測到的電磁輻射, 其等效輻射發(fā)射天線并非是產(chǎn)品中的某個器件或 PCB 上的某根印制線, 而是該電源的輸入/ 輸出電纜 (如大于1 m)。

因為只有電纜長度才能與所輻射頻率的波長比擬（前面超標(biāo)的61.52MHz對應(yīng)波長為4.87m，130MHz對應(yīng)波長為2.3m）, 因此電纜才是直接產(chǎn)生輻射的 “天線”。

實踐和理論都表明, 只要這種電纜上在輻射發(fā)射測試的頻率范圍內(nèi)流動著十幾微安的共模電流, 該電纜的輻射發(fā)射就會超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的輻射限值??

通過測試，去除 “屏蔽” 外殼后輻射發(fā)射測試反而可以通過, 說明屏蔽外殼的增加, 不但沒有減小輸入/ 輸出電纜上流動的共模電流, 而且還增加了輸入/ 輸出電纜上流動的共模電流。

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為了減少輸入/輸出電纜上流動的共模電流，通常可以采用以下兩種方法：

方法一：用金屬屏蔽殼和屏蔽電纜將 PCB 和所有輸入／輸出電纜屏蔽起來，同時屏蔽電纜屏蔽層，和PCB 的屏蔽外殼良好塔接。

方法二：借助 PCB 上的屏蔽外殼，通過合適的連接降低輸入／輸出電纜上流動的共模電流，以達到降低電纜所產(chǎn)生的輻射發(fā)射的目的。

方法一通常是不可行的，因為對于電源產(chǎn)品, 其輸入/ 輸出電纜一般不采用屏蔽電纜?

因此,只能采用方法二, 這其實也是一種電場屏蔽的方式, 即將 PCB內(nèi)部產(chǎn)生的電場屏蔽在金屬外殼之內(nèi)??

審核編輯：黃飛