電磁干擾-電磁防護(hù)

1、 1.1 1.1 電磁兼容概述電磁兼容概述1.2 1.2 電磁兼容學(xué)科研究?jī)?nèi)容、研究方法電磁兼容學(xué)科研究?jī)?nèi)容、研究方法 1.3 1.3 元件的非理想行為元件的非理想行為第一章第一章 緒論緒論1.1 電磁兼容概述電磁兼容概述以半導(dǎo)體工業(yè)為基礎(chǔ)和支柱的微電子技術(shù)迅以半導(dǎo)體工業(yè)為基礎(chǔ)和支柱的微電子技術(shù)迅速發(fā)展；速發(fā)展；電磁波既有益于社會(huì)的發(fā)展，又是潛在的環(huán)電磁波既有益于社會(huì)的發(fā)展，又是潛在的環(huán)境污染源境污染源聯(lián)合國(guó)確定聯(lián)合國(guó)確定電磁環(huán)境污染電磁環(huán)境污染成為繼空氣、水質(zhì)、成為繼空氣、水質(zhì)、噪聲等污染之后的噪聲等污染之后的第四大環(huán)境污染第四大環(huán)境污染。 噴氣式民航飛機(jī)每噴氣式民航飛機(jī)每50001000小

2、小時(shí)的飛行平均遭一次雷擊時(shí)的飛行平均遭一次雷擊1992年年9月月16日深圳國(guó)際機(jī)場(chǎng)因感日深圳國(guó)際機(jī)場(chǎng)因感應(yīng)雷電過(guò)電壓導(dǎo)致應(yīng)雷電過(guò)電壓導(dǎo)致25套通訊、雷達(dá)、套通訊、雷達(dá)、導(dǎo)航設(shè)備中有導(dǎo)航設(shè)備中有5套損壞，使機(jī)場(chǎng)停業(yè)套損壞，使機(jī)場(chǎng)停業(yè)1996年白云機(jī)場(chǎng)由于雷電導(dǎo)致指揮年白云機(jī)場(chǎng)由于雷電導(dǎo)致指揮系統(tǒng)故障系統(tǒng)故障1961年，意大利發(fā)生了年，意大利發(fā)生了 “丘比特丘比特”導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的雷擊事故導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的雷擊事故1969年年11月美國(guó)土星月美國(guó)土星“V阿波羅阿波羅12” 載人飛船在起飛后出現(xiàn)雷擊事故載人飛船在起飛后出現(xiàn)雷擊事故對(duì)航空、電子設(shè)備的危害對(duì)航空、電子設(shè)備的危害電子戰(zhàn)，在電子戰(zhàn)，在1990年的

3、海灣戰(zhàn)爭(zhēng)期間，美軍采用電年的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)期間，美軍采用電子干擾子干擾 戰(zhàn)術(shù)來(lái)干擾伊拉克的武器系統(tǒng)，使之不戰(zhàn)術(shù)來(lái)干擾伊拉克的武器系統(tǒng)，使之不能正常工作；能正常工作；信息電磁安全與泄漏信息電磁安全與泄漏對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)的影響對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)的影響（1）高壓擊穿）高壓擊穿（2）器件燒毀或瞬變干擾；）器件燒毀或瞬變干擾；（3）電涌擊穿。）電涌擊穿。對(duì)電子元器件的損壞對(duì)電子元器件的損壞高頻輻射大于一定限值時(shí)，會(huì)使高頻輻射大于一定限值時(shí)，會(huì)使人產(chǎn)生失眠、嗜睡等植物神經(jīng)功人產(chǎn)生失眠、嗜睡等植物神經(jīng)功能紊亂，以及脫發(fā)、白血球下降、能紊亂，以及脫發(fā)、白血球下降、視力模糊、晶狀體混濁、心電圖視力模糊、晶狀體混濁、心電圖改變等癥狀受損有關(guān)

4、聯(lián)。改變等癥狀受損有關(guān)聯(lián)。中華人民共和國(guó)環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中華人民共和國(guó)環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：規(guī)定：一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（小于一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（小于10伏米），二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（小于伏米），二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（小于25伏米）為中伏米）為中間區(qū)，間區(qū)， 超過(guò)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)地區(qū)，對(duì)人體可帶來(lái)有害影響；超過(guò)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)地區(qū)，對(duì)人體可帶來(lái)有害影響；對(duì)人類健康的影響對(duì)人類健康的影響o1881年英國(guó)科學(xué)家希維賽德發(fā)表了年英國(guó)科學(xué)家希維賽德發(fā)表了“論干擾論干擾”的文的文章，標(biāo)志著研究干擾問(wèn)題的開端。章，標(biāo)志著研究干擾問(wèn)題的開端。o1888年德國(guó)物理學(xué)家赫茲首創(chuàng)了天線，第一次把電年德國(guó)物理學(xué)家赫茲首創(chuàng)了天線，第一次把電磁波輻射到自由空間，同時(shí)又成功地接收

5、到電磁波，磁波輻射到自由空間，同時(shí)又成功地接收到電磁波，用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，從此開始了對(duì)電磁干擾用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，從此開始了對(duì)電磁干擾問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)研究。問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)研究。o1889年英國(guó)郵電部門研究了通信中的干擾問(wèn)題，使年英國(guó)郵電部門研究了通信中的干擾問(wèn)題，使干擾問(wèn)題研究開始走向工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化。干擾問(wèn)題研究開始走向工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化。EMC的發(fā)的發(fā)展展o二十世紀(jì)以來(lái)，隨著通信、廣播等無(wú)線電事業(yè)的發(fā)展，二十世紀(jì)以來(lái)，隨著通信、廣播等無(wú)線電事業(yè)的發(fā)展，使人們逐漸認(rèn)識(shí)到需要對(duì)各種電磁干擾進(jìn)行控制。使人們逐漸認(rèn)識(shí)到需要對(duì)各種電磁干擾進(jìn)行控制。o1944年德國(guó)電氣工程師協(xié)會(huì)制訂了世界上第一個(gè)電磁年

6、德國(guó)電氣工程師協(xié)會(huì)制訂了世界上第一個(gè)電磁兼容性規(guī)范兼容性規(guī)范VDE0878。o1945年美國(guó)頒布了美國(guó)最早的軍用規(guī)范年美國(guó)頒布了美國(guó)最早的軍用規(guī)范JAN-I-225。成立了國(guó)家級(jí)以及國(guó)際間的組織對(duì)電磁干擾問(wèn)題進(jìn)行世界成立了國(guó)家級(jí)以及國(guó)際間的組織對(duì)電磁干擾問(wèn)題進(jìn)行世界性有組織的研究。如：性有組織的研究。如：國(guó)際電工委員會(huì)（國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）電氣設(shè)備（含網(wǎng)絡(luò)）間的電磁兼容委員會(huì)（電氣設(shè)備（含網(wǎng)絡(luò)）間的電磁兼容委員會(huì)（TC-77）國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì)（國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì)（CISPR）國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)（國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)（CCITT）電氣電子工程師學(xué)會(huì)電磁兼容專業(yè)委員會(huì)（電氣

7、電子工程師學(xué)會(huì)電磁兼容專業(yè)委員會(huì)（IEEE-EMC）u電磁騷擾電磁騷擾 (Electromagnetic Disturbance) 電磁噪聲電磁噪聲 (Electromagnetic Noise) 任何任何可能可能引起設(shè)備或系統(tǒng)性能下降，或?qū)ι驘o(wú)生命物引起設(shè)備或系統(tǒng)性能下降，或?qū)ι驘o(wú)生命物質(zhì)產(chǎn)生損害的電磁質(zhì)產(chǎn)生損害的電磁現(xiàn)象現(xiàn)象，強(qiáng)調(diào)，強(qiáng)調(diào)任何可能的電磁危害任何可能的電磁危害現(xiàn)象現(xiàn)象u電磁干擾電磁干擾 (Electromagnetic Interference - EMI) 電磁噪聲（騷擾）所引起的設(shè)備、傳輸通路或系統(tǒng)性能的下電磁噪聲（騷擾）所引起的設(shè)備、傳輸通路或系統(tǒng)性能的下降強(qiáng)調(diào)電

8、磁危害現(xiàn)象產(chǎn)生的降強(qiáng)調(diào)電磁危害現(xiàn)象產(chǎn)生的結(jié)果結(jié)果。分為。分為系統(tǒng)間干擾系統(tǒng)間干擾和和系系統(tǒng)內(nèi)干擾統(tǒng)內(nèi)干擾1.2 1.2 電磁兼容概念電磁兼容概念GJB72-85 ： 設(shè)備（系統(tǒng)、分系統(tǒng)）在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行設(shè)備（系統(tǒng)、分系統(tǒng)）在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)，即設(shè)備不會(huì)由于受到處于同一電各自功能的共存狀態(tài)，即設(shè)備不會(huì)由于受到處于同一電磁環(huán)境中其他設(shè)備的電磁發(fā)射導(dǎo)致或遭受不允許的降級(jí)；磁環(huán)境中其他設(shè)備的電磁發(fā)射導(dǎo)致或遭受不允許的降級(jí)；也不會(huì)使同一電磁環(huán)境中其他設(shè)備（系統(tǒng)、分系統(tǒng)）因也不會(huì)使同一電磁環(huán)境中其他設(shè)備（系統(tǒng)、分系統(tǒng)）因受其電磁發(fā)射而導(dǎo)致或遭受不允許的降級(jí)。受其電磁

9、發(fā)射而導(dǎo)致或遭受不允許的降級(jí)。電磁兼容性（電磁兼容性（EMC）的確切定義：）的確切定義：自自然然環(huán)環(huán)境境因因素素一一般般電電磁磁環(huán)環(huán)境境構(gòu)構(gòu)成成因因素素人人為為環(huán)環(huán)境境因因素素 雷電電磁輻射源雷電電磁輻射源。 靜電電磁輻射源。靜電電磁輻射源。 太陽(yáng)系和星際電磁輻射源。太陽(yáng)系和星際電磁輻射源。 地球和大氣層電磁場(chǎng)等。地球和大氣層電磁場(chǎng)等。 各種電磁發(fā)射系統(tǒng)各種電磁發(fā)射系統(tǒng)：電視、廣播發(fā)射臺(tái)，無(wú)線電臺(tái)、：電視、廣播發(fā)射臺(tái)，無(wú)線電臺(tái)、站，導(dǎo)航系統(tǒng)，通信系統(tǒng)，差轉(zhuǎn)臺(tái)，干擾臺(tái)，微波接站，導(dǎo)航系統(tǒng)，通信系統(tǒng)，差轉(zhuǎn)臺(tái)，干擾臺(tái)，微波接力站等。力站等。 工頻電磁輻射系統(tǒng)工頻電磁輻射系統(tǒng)： 高電壓送、變電系統(tǒng)，大

10、電流工高電壓送、變電系統(tǒng)，大電流工頻設(shè)備，輕軌和干線電氣化鐵道等。頻設(shè)備，輕軌和干線電氣化鐵道等。 工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療、商業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的有電磁輻射的各工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療、商業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的有電磁輻射的各種設(shè)備或系統(tǒng)種設(shè)備或系統(tǒng)。 以電火花點(diǎn)燃內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的交通工具和機(jī)器設(shè)備。以電火花點(diǎn)燃內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的交通工具和機(jī)器設(shè)備。 各種家用電器、現(xiàn)代化辦公設(shè)備、電動(dòng)工具等各種家用電器、現(xiàn)代化辦公設(shè)備、電動(dòng)工具等。 用于軍事目的的強(qiáng)電磁脈沖源用于軍事目的的強(qiáng)電磁脈沖源： 核電磁脈沖及非核電核電磁脈沖及非核電磁脈沖源如電磁脈沖武器、高功率微波彈和各種電子磁脈沖源如電磁脈沖武器、高功率微波彈和各種電子對(duì)抗輻射源等對(duì)抗輻

11、射源等電磁兼容學(xué)科的研究?jī)?nèi)容電磁兼容學(xué)科的研究?jī)?nèi)容 u騷擾源的研究騷擾源的研究u騷擾的傳輸途徑研究騷擾的傳輸途徑研究u敏感設(shè)備抗干擾能力的研究敏感設(shè)備抗干擾能力的研究u電磁兼容性控制技術(shù)電磁兼容性控制技術(shù)u電磁兼容性測(cè)量的研究電磁兼容性測(cè)量的研究u電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)、分析和預(yù)測(cè)研究、分析和預(yù)測(cè)研究EMC的學(xué)科特點(diǎn)的學(xué)科特點(diǎn)理論體系以電磁場(chǎng)理論體系以電磁場(chǎng)/ /電路原理為基礎(chǔ)電路原理為基礎(chǔ)一門新興的綜合性的交叉學(xué)科一門新興的綜合性的交叉學(xué)科計(jì)量單位的特殊性計(jì)量單位的特殊性大量引用無(wú)線電技術(shù)的概念和術(shù)語(yǔ)大量引用無(wú)線電技術(shù)的概念和術(shù)語(yǔ)極強(qiáng)的實(shí)用性極強(qiáng)的實(shí)用性極強(qiáng)地依賴于測(cè)量極強(qiáng)地依賴于測(cè)量EM

12、C的研究方法的研究方法問(wèn)題解決法問(wèn)題解決法規(guī)范法規(guī)范法系統(tǒng)法系統(tǒng)法 EMIEMI的預(yù)測(cè)和分析的預(yù)測(cè)和分析EMCEMC設(shè)計(jì)的有效性設(shè)計(jì)的有效性EMIEMI的控制技術(shù)的控制技術(shù) 系統(tǒng)間電磁干擾的控制技術(shù)系統(tǒng)間電磁干擾的控制技術(shù) 系統(tǒng)內(nèi)電磁干擾的控制技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)電磁干擾的控制技術(shù)EMCEMC的儀器與測(cè)量技術(shù)的儀器與測(cè)量技術(shù) 元器件性能測(cè)試元器件性能測(cè)試 設(shè)計(jì)及研制測(cè)試設(shè)計(jì)及研制測(cè)試 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行測(cè)試 電磁環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研電磁環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研 系統(tǒng)級(jí)電磁兼容性檢驗(yàn)與質(zhì)量認(rèn)證性能測(cè)試系統(tǒng)級(jí)電磁兼容性檢驗(yàn)與質(zhì)量認(rèn)證性能測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)系統(tǒng)內(nèi)EMI控制控制在對(duì)電路進(jìn)行分析時(shí)，往往在一定條件下，對(duì)實(shí)際在對(duì)電路進(jìn)行分析

13、時(shí)，往往在一定條件下，對(duì)實(shí)際器件加以理想化，略去其次要性質(zhì)，用一個(gè)足以表器件加以理想化，略去其次要性質(zhì)，用一個(gè)足以表征實(shí)際器件主要性質(zhì)的理想元件來(lái)表示。即先用理征實(shí)際器件主要性質(zhì)的理想元件來(lái)表示。即先用理想元件建立在一定條件下反映實(shí)際電路基本特性的想元件建立在一定條件下反映實(shí)際電路基本特性的模型，使問(wèn)題得到合理的簡(jiǎn)化，然后對(duì)該電路模型模型，使問(wèn)題得到合理的簡(jiǎn)化，然后對(duì)該電路模型進(jìn)行定量分析。理想元件就是可精確定義并能表征進(jìn)行定量分析。理想元件就是可精確定義并能表征實(shí)際器件的主要電磁性質(zhì)的一種理想化元件。實(shí)際器件的主要電磁性質(zhì)的一種理想化元件。 1.3 元件的非理想行為元件的非理想行為電尺寸和波

14、電尺寸和波當(dāng)電路的最大尺寸小于波長(zhǎng)的當(dāng)電路的最大尺寸小于波長(zhǎng)的1/10時(shí)，認(rèn)為電路是電小尺時(shí)，認(rèn)為電路是電小尺寸，此時(shí)，適合利用集總參數(shù)電路模型和基爾霍夫定律來(lái)代寸，此時(shí)，適合利用集總參數(shù)電路模型和基爾霍夫定律來(lái)代替麥克斯韋方程。替麥克斯韋方程。vf( , )cos()cos(2 )i z tItzItz半徑為半徑為rw的圓形導(dǎo)線的直流電阻的圓形導(dǎo)線的直流電阻2wLRr1.3.1 導(dǎo)線的電阻和內(nèi)電感導(dǎo)線的電阻和內(nèi)電感集膚深度集膚深度01f 高頻電阻高頻電阻02211() 22whfdcwwwrrrfrrr 單位長(zhǎng)度的直流電阻單位長(zhǎng)度的直流電阻21lfdcwrrr單位長(zhǎng)度內(nèi)電感單位長(zhǎng)度內(nèi)電感0,

15、8i D Cl高頻時(shí)單位長(zhǎng)度內(nèi)電感高頻時(shí)單位長(zhǎng)度內(nèi)電感0,211()4i hfi DCwwwllrrrf1.3.2 平行導(dǎo)線的外部電感和電容平行導(dǎo)線的外部電感和電容外電感外電感0/ln( )mewLslIr總環(huán)路電感總環(huán)路電感2loopieLlL l L單位長(zhǎng)度電容單位長(zhǎng)度電容0/ln( /)wQ LcVs r0LZCLC 常數(shù), 特性阻抗 平行導(dǎo)線的平行導(dǎo)線的集總參數(shù)等集總參數(shù)等效電路效電路1.3.3 元件引線的影響元件引線的影響1.3.4 電阻電阻復(fù)合型碳纖維電阻：復(fù)合型碳纖維電阻：電感最小，精度稍電感最小，精度稍差；差；線繞型電阻：線繞型電阻：電感電感最大，精度最高；最大，精度最高；薄膜

16、型電阻：薄膜型電阻：阻值阻值比復(fù)合碳纖維型的比復(fù)合碳纖維型的更為精密，電感小更為精密，電感小于線繞型的。于線繞型的。1.3.5 電容電容典型的電容類型：典型的電容類型：陶瓷電容：陶瓷電容：5pF1F，高頻特性好；，高頻特性好；鉭電解電容：鉭電解電容：1F1000F，自諧振頻率自諧振頻率對(duì)于噪聲電流的轉(zhuǎn)移，并聯(lián)電容最好工作在高阻抗電路中。對(duì)于噪聲電流的轉(zhuǎn)移，并聯(lián)電容最好工作在高阻抗電路中。LOADCNOISECAPLOADZIIZZ克服電容克服電容非非理想性的方法理想性的方法 大大容容量量 頻率頻率衰減衰減小電容大電容大電容并聯(lián)電容小容量小容量簡(jiǎn)單的方案：大小電容并聯(lián)，大電容抑制低頻干擾、小電簡(jiǎn)

17、單的方案：大小電容并聯(lián)，大電容抑制低頻干擾、小電容抑制高頻。容抑制高頻。三端電容器的原理三端電容器的原理引線電感與電容一起構(gòu)成了一引線電感與電容一起構(gòu)成了一個(gè)個(gè)T形低通濾波器形低通濾波器在引線上安裝兩個(gè)磁珠濾波效在引線上安裝兩個(gè)磁珠濾波效果更好果更好地線電感起地線電感起著不良作用著不良作用三端電容普通電容普通電容 30 702060401GHz衰減諧振頻率后移諧振頻率后移1.3.6 電感電感磁芯磁芯/ /繞線方式對(duì)寄生電容的影響繞線方式對(duì)寄生電容的影響鐵粉芯鐵粉芯(非導(dǎo)電）非導(dǎo)電） C = 4.28pf C = 3.48pf 19% 鐵氧體（錳鋅）鐵氧體（錳鋅） C = 51pf C = 49

18、pf 4%電感磁芯的選用電感磁芯的選用 錳鋅：錳鋅： r = 500 10000，R = 0.1100 m鐵粉磁芯：不易飽和、鐵粉磁芯：不易飽和、導(dǎo)磁率低導(dǎo)磁率低，作差模扼流圈的磁芯，作差模扼流圈的磁芯鐵氧體：最常用鐵氧體：最常用鎳鋅：鎳鋅： r = 10 100，R = 1k 1M m超微晶：超微晶： r 10000，做大電感量共模扼流圈的磁心，做大電感量共模扼流圈的磁心v 空心線圈的電感量很小，使用導(dǎo)磁率空心線圈的電感量很小，使用導(dǎo)磁率較高的材料作磁芯可大大地增加電感量。較高的材料作磁芯可大大地增加電感量。 1.3.7 1.3.7 鐵氧體磁珠鐵氧體磁珠v 鐵氧體基本上都是不導(dǎo)電的陶瓷材料，因此在高達(dá)幾百鐵氧體基本上都是不導(dǎo)電的陶瓷材料，因此在高達(dá)幾