中興電磁兼容設(shè)計講座ppt課件

1、電磁兼容設(shè)計講座電磁兼容設(shè)計講座可靠性部謝玉明 電磁兼容講座系列定義定義z電磁兼容EMC)：z Electromagnetic Compatibilityz電磁干擾EMI)：z Electromagnetic Interferencez電磁敏感性EMS：z Electromagnetic Susceptibility為什么要考慮EMC？z國內(nèi)外技術(shù)壁壘、強(qiáng)制要求z產(chǎn)品的可靠性EMI試驗(yàn):(參照CISPR22/GB9254)傳導(dǎo)發(fā)射試驗(yàn)輻射發(fā)射試驗(yàn)EMSEMS試驗(yàn)試驗(yàn) (GB/T17626.(GB/T17626.系列系列) )靜電放電抗擾性試驗(yàn)（.2）射頻電磁場輻射抗擾性試驗(yàn)（.3）電快速瞬變脈

2、沖群抗擾性試驗(yàn)（.4）雷擊浪涌抗擾性試驗(yàn)（.5）射頻場傳導(dǎo)抗擾性試驗(yàn)（.6）工頻磁場抗擾性試驗(yàn)（.8）電壓瞬時跌落,短時中斷和電壓漸 變的抗擾性試驗(yàn)（.11）何時解決EMC生產(chǎn)進(jìn)程可采取的措施解決EMC的成本設(shè)計消費(fèi)使用EMC 三要素z干擾源z敏感設(shè)備z傳播途徑EMC設(shè)計z接地Grounding)z屏蔽(Shielding)z濾波(Filtering)z內(nèi)部設(shè)計PCB板EMC設(shè)計三階段z問題解決階段z規(guī)范設(shè)計階段z分析預(yù)測階段接地接地(Grounding)z接地的目的一是防電擊，一是去除干擾。可將接地分為兩大類：z安全接地(Safety Grounding)z信號接地安全接地安全接地(Safe

3、ty Grounding)(Safety Grounding)z安全接地是指接大地(Earthing)，也就是將電氣設(shè)備的外殼以低阻抗導(dǎo)體連接大當(dāng)人員意外觸及時不易遭受電擊。信號接地信號接地z信號接地除提供參考點(diǎn)之外，同時還可以大量消除雜訊的干擾。由于雜訊本身的特性，考慮接地時有不同的處理方法：z 單點(diǎn)接地 z 多點(diǎn)接地 z復(fù)合式接地單點(diǎn)接地單點(diǎn)接地z系統(tǒng)或裝備上僅有一點(diǎn)接地，分為：z串聯(lián)單點(diǎn)接地；z并聯(lián)單點(diǎn)接地；串聯(lián)單點(diǎn)接地x若系統(tǒng)各線路或裝備所產(chǎn)生或需要的能量變化太大，則不適用串聯(lián)單點(diǎn)接地，因?yàn)楦吣芰康木€路或裝備所產(chǎn)生大量的地電位會嚴(yán)重地影響低能量線路或裝備的正常運(yùn)作。并聯(lián)單點(diǎn)接地x并聯(lián)單

4、點(diǎn)接地最大的缺點(diǎn)是耗時費(fèi)料，由于接地線太多太長，以至增加各地阻抗，尤其在高頻范圍中更加嚴(yán)重。多點(diǎn)接地多點(diǎn)接地z 在頻率低于10MHz時，較適于單點(diǎn)接地。若在高頻(10MHz)情況下，由于接地線的長度以及接地電路的影響，故單點(diǎn)接地?zé)o法達(dá)到去除干擾的效果，此時就得使用多點(diǎn)接地。此時接地線的長度亦應(yīng)盡量縮短。下圖各接地點(diǎn)可視為機(jī)殼或接地板：復(fù)合式接地z復(fù)合式單點(diǎn)接地將線路或裝備加以歸類，而同時使用串聯(lián)與并聯(lián)法，可同時兼顧降低雜訊以及減化施工與節(jié)省用料。機(jī)架系統(tǒng)的接地樹例背板背板背板背板背板工作地電源地保護(hù)地注意z由于頻率的關(guān)系，無論何種接地方法均應(yīng)盡量縮短接地線，否則其非但增加阻抗，同時更會產(chǎn)生輻射

5、雜訊，因其作用有如天線，接地線的長度L/20。z不論何種接地法，最大的困擾均起自于地電流的產(chǎn)生，因此去除地環(huán)路就成了設(shè)計者的考驗(yàn)。接地環(huán)路接地環(huán)路下圖即為接地環(huán)路的形成：打破接地環(huán)路的方法常用的電纜常用的電纜z 雙絞線z 同軸電纜z 帶狀電纜注意之一注意之一z 接地線愈短愈好；z 電纜屏蔽層終接時應(yīng)環(huán)接；z 電子線路中及低頻使用時應(yīng)規(guī)劃不同的接地系統(tǒng)以配合不同之回路Return ）,如信號、屏蔽、電源、機(jī)殼或組架。唯這些回路最后可接在一起，然后以單點(diǎn)接地；z 接地面應(yīng)具有高傳導(dǎo)性Conductivity）；z 線路中之元件若經(jīng)常產(chǎn)生大量的急變電流，則該線路應(yīng)備有單獨(dú)的接地系統(tǒng)，或至少應(yīng)備有單獨(dú)

6、之回路，以免影響其它線路。z 低能量信號之接地應(yīng)與其它接地隔離；z 切忌雙股電纜分開安裝；注意之二注意之二z 低頻宜采用單點(diǎn)接地系統(tǒng)，高頻應(yīng)采用多點(diǎn)接地系統(tǒng)；z 良好的接地系統(tǒng)；z 減少由共同導(dǎo)體所引入的雜訊電壓，盡量避免產(chǎn)生接地環(huán)路；z 已接地的放大器接于未接地之電源，其輸入導(dǎo)線之屏蔽應(yīng)接于放大器之接地點(diǎn)。若未接地之放大器接于接地之電源，則輸入導(dǎo)線之屏蔽應(yīng)于電源端接地。高增益放大器之屏蔽應(yīng)接于放大器之接地點(diǎn)；z 若信號線路兩端接地，則所產(chǎn)生的接地環(huán)路易受磁場及地電位差的干擾；z 去除接地環(huán)路的方法有使用隔離變壓器、光電耦合器、差動放大器、扼流圈。搭接的功能搭接的功能z搭接是在兩金屬之間建立一

7、低阻抗通路，其目的在為電流提供一均稱的結(jié)構(gòu)體以避免干擾。z處理良好的搭接能徹底發(fā)揮屏蔽與濾波的功能，減少接地系統(tǒng)中的射頻電位差，以及電流環(huán)路，并可防止靜電產(chǎn)生，減少雷擊與電磁脈沖的危險，同時能防止人員誤遭電擊。z然而未經(jīng)仔細(xì)處理的搭接會增加干擾的程度，此誠不良之設(shè)計較不設(shè)計為害更甚。搭接的形態(tài)搭接的形態(tài)z直接搭接：即搭接體間之直接連接；直接搭接：即搭接體間之直接連接；z間接搭接：即搭接體間以金屬導(dǎo)線相連，其適合間接搭接：即搭接體間以金屬導(dǎo)線相連，其適合于經(jīng)常移動的裝備，以及將安裝防震墊于經(jīng)常移動的裝備，以及將安裝防震墊Shock Mounts的裝備，間接搭接時應(yīng)特別注意共振效的裝備，間接搭接時

8、應(yīng)特別注意共振效應(yīng)應(yīng)Resonant Effect）,否則引入雜訊。否則引入雜訊。z搭接的方法有熔接搭接的方法有熔接(Welding)、硬焊、硬焊Brazing、軟焊軟焊Sweating）、砧接）、砧接Swaging、鉚接、鉚接(Riveting)以及螺絲連接。以及螺絲連接。搭接之處理搭接之處理z搭接時，金屬面應(yīng)予以清潔，不得有油漆或其它雜物，搭接完成后，可涂以油漆或施以其它之防蝕保護(hù)。此外，搭接時應(yīng)考慮不同金屬之電化效應(yīng)，并應(yīng)盡量減少接觸鹽水、汽油等，以防電能作用。z若電能特性相去甚遠(yuǎn)的兩金屬欲搭接在一起，應(yīng)以介于其間的金屬為墊圈置于該兩金屬間，金屬電化次序z陽極端最易受腐蝕）z第一類 鎂(

9、Mg）；z第二類 鋁(AL或鋁合金；鋅(Zn);鎘(Cd);z第三類 碳鋼；鐵(Fe)；鉛(Pb）；錫(Sn）；z第四類 鎳(Ni）;鉻(Cr）;不銹鋼;z第五類 銅(Cu);銀(Ag);金(Au);白金(Pt);鈦(Ti)。z陰極端(不易受腐蝕）鉚接及螺紋搭接y鉚接有均勻、省時的優(yōu)點(diǎn)，但其使用彈性不如鉚接有均勻、省時的優(yōu)點(diǎn)，但其使用彈性不如以螺釘搭接，且防蝕能力不如熔接、軟硬焊。鉚以螺釘搭接，且防蝕能力不如熔接、軟硬焊。鉚接時鉚孔應(yīng)與鉚釘緊密接合，鉚孔邊不得有油漆。接時鉚孔應(yīng)與鉚釘緊密接合，鉚孔邊不得有油漆。y螺紋搭接時應(yīng)注意墊圈材料的選擇及安放位置，螺紋搭接時應(yīng)注意墊圈材料的選擇及安放位置

10、，通常均戴墊圈通常均戴墊圈(Load Distribution Washer)直接置于直接置于螺栓頭螺栓頭Bolt Head或殼帽之下，而鎖緊墊圈或殼帽之下，而鎖緊墊圈Lock Washer則應(yīng)置于螺帽與均戴墊圈之間。則應(yīng)置于螺帽與均戴墊圈之間。此外，千萬別將帶齒鎖緊墊圈置于兩搭接金屬之此外，千萬別將帶齒鎖緊墊圈置于兩搭接金屬之間。間。注意注意z 要有效地達(dá)到搭接的功能，應(yīng)使搭接的金屬緊密地連接，連接面應(yīng)均勻、干凈，其間不得有非傳導(dǎo)性之物質(zhì)。固定時應(yīng)防止變形、震動、搖擺。應(yīng)盡量將類似金屬相搭接，不得已時可使用墊圈。應(yīng)盡量使用直接搭接，若情況不許可時得使用搭接線，惟使用搭接線時應(yīng)考慮：z 線之長

11、度愈短愈好，電感電容比愈小愈好；z 線之電化次序應(yīng)低于搭接物；z 長寬比應(yīng)小于5；z 應(yīng)直接與搭接物相接；z 不得使用自攻螺紋Self-Tapping Screw）。屏蔽屏蔽z屏蔽能有效地抑制通過空間傳播的電磁干擾。采用屏蔽的目的有兩個：一是限制內(nèi)部的輻射電磁能越過某一區(qū)域；二是防止外來的輻射進(jìn)入某一區(qū)域。z屏蔽按其機(jī)理可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽。電場屏蔽的機(jī)理電場屏蔽的機(jī)理ABUCCCU211ABUCCCCU4211AABBC1C2UAUBUASC2C3C4圖1：電場感應(yīng)示意圖圖2：電場屏蔽作用的分析BU電場屏蔽的設(shè)計要點(diǎn)電場屏蔽的設(shè)計要點(diǎn)z為了獲得良好的電場屏蔽效果，注意以下幾點(diǎn)

12、是必要的：z屏蔽板以靠近受保護(hù)物為好，而且屏蔽板的接地必須良好。此舉目的是增大C4的值；z屏蔽板的形狀對屏蔽效能的高低有明顯影響。例如，全封閉的金屬盒可以有最好的電場屏蔽效果，而開孔或帶縫隙的屏蔽盒，其屏蔽效能都會受到不同程度的影響。此舉主要是影響剩余電容C1的值；z屏蔽板的材料以良導(dǎo)體為好，但對厚度并無要求，只要有足夠強(qiáng)度就可以了。磁場屏蔽的機(jī)理磁場屏蔽的機(jī)理z磁場屏蔽通常是對直流或甚低頻磁場的屏蔽，其效果比對電場屏蔽和電磁場屏蔽要差得多，因此磁場屏蔽是個棘手的問題。z磁場屏蔽主要是依賴高導(dǎo)磁材料所具有的低磁阻，對磁通起著分路的作用，使得屏蔽體內(nèi)部的磁場大大減弱。H1H0磁場屏蔽的機(jī)理磁場屏

13、蔽的設(shè)計要點(diǎn)磁場屏蔽的設(shè)計要點(diǎn)z提高磁場屏蔽效能的主要措施有：z選用高導(dǎo)磁率的材料，如坡莫合金；z增加屏蔽體的壁厚；z以上兩條均是為了減少屏蔽體的磁阻；z被屏蔽的物體不要安排在緊靠屏蔽體的位置上，以盡量減少通過被屏蔽物體體內(nèi)的磁通；z注意磁屏蔽體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，凡接縫、通風(fēng)孔等均可能增加磁屏蔽體的磁阻，從而降低屏蔽效果。為此，可以讓縫隙或長條形通風(fēng)孔循著磁場方向分布，這有利于屏蔽體在磁場方向的磁阻減小；磁場屏蔽的設(shè)計要點(diǎn)續(xù)磁場屏蔽的設(shè)計要點(diǎn)續(xù)x 對于強(qiáng)磁場的屏蔽可采用雙層磁屏蔽體的結(jié)構(gòu)。對要屏蔽外部強(qiáng)磁場的，則屏蔽體外層要選用不易磁飽和的材料，如硅鋼等；而內(nèi)部可選用容易達(dá)到飽和的高導(dǎo)磁材料，如坡莫

14、合金等。反之，如果要屏蔽內(nèi)部強(qiáng)磁場時，則材料排列次序要倒過來。在安裝內(nèi)外兩層屏蔽體時，要注意彼此間的磁絕緣。當(dāng)沒有接地要求時，可用絕緣材料做支撐件。若需要接地時，可選用非鐵磁材料如銅、鋁做支撐件。但從屏蔽體能兼有防止電場感應(yīng)的目的出發(fā)，一般還是要接地的。電磁場屏蔽的機(jī)理電磁場屏蔽的機(jī)理z電磁屏蔽體對電磁的衰減主要是基于電磁波的反射和電磁波的吸收兩種方式。H1/E1H0/E0電磁場屏蔽的機(jī)理電磁場屏蔽的機(jī)理續(xù)電磁場屏蔽的機(jī)理續(xù)z 與前面已講述的電場屏蔽及磁場屏蔽的機(jī)理不同，電磁屏蔽對于電磁波的衰減有三種不同的機(jī)理：z 當(dāng)電磁波在到達(dá)屏蔽體表面時，由于空氣與金屬的交界面上阻抗的不連續(xù)，對入射波產(chǎn)生

15、的反射。這種反射不要求屏蔽材料必須有一定厚度，只要求交界面上的不連續(xù)；z 未被表面反射掉而進(jìn)入屏蔽體的能量，在體內(nèi)向前傳播的過程中，被屏蔽材料所衰減。這種物理過程被稱為吸收；z 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，在遇到金屬與空氣不連續(xù)的交界面時，會形成再次反射，并重新返回屏蔽體內(nèi)。這種反射在兩個金屬的交界面上可能有多次的反射。屏蔽效能的計算屏蔽效能的計算z屏蔽效能SARB （dB）z上式中A為吸收損耗，R為反射損耗，B為正或負(fù)的修正項；當(dāng)A大于15dB時，B可忽略不計，B是由屏蔽體內(nèi)反射波所引起的。z上式中的各項可以視為相對于銅材料的導(dǎo)電系數(shù)和導(dǎo)磁率，頻率fHz以及所存在的

16、各種物理參數(shù)的函數(shù)。z機(jī)柜或屏蔽盒之屏蔽機(jī)柜或屏蔽盒之屏蔽結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料x適用于底板和機(jī)殼的材料大多數(shù)是良導(dǎo)體，如銅、鋁等，可以屏蔽電場，主要的屏蔽機(jī)理是反射而不是吸收。x對磁場的屏蔽需用鐵磁材料，如高導(dǎo)磁率合金和鐵。主要的屏蔽機(jī)理是吸收而不是反射。x在強(qiáng)電磁場環(huán)境中，要求材料能屏蔽電場和磁場兩種成分，因此需要結(jié)構(gòu)上完好的鐵磁材料。屏蔽效率直接受材料厚度以及搭接和接地方法好壞的影響。x對于塑料殼體，是在其內(nèi)壁噴涂屏蔽層，或在汽塑時摻入金屬纖維。屏蔽之搭接屏蔽之搭接y清潔y氧化層y面接觸y螺釘?shù)木嚯xy縫隙：導(dǎo)電襯墊y壓力按優(yōu)先等級排列的各種襯墊優(yōu)先等級襯墊種類備注1金屬網(wǎng)射頻襯墊容易變形，壓力

17、為 1.4kg/cm 時，衰減為 54dB。資料表明， 頻率較低時衰減最大。 用于永久密封較好，不適用于開與關(guān)的面板。2銅鍍合金有很高的導(dǎo)電性和很好的抗腐蝕性能。彈性好，最適合用于和活動面板配合。可制成指形條、螺旋和鋸齒面。衰減性能常超過100dB。3導(dǎo)電橡膠適用于只需名義上連接和少量螺釘?shù)牡胤健?shí)現(xiàn)水汽密封和電氣密封經(jīng)150、48 小時老化后，體電阻率為1020m/cm(max)。變形度限制值為25%。資料表明，頻率較高時衰減為最大。4導(dǎo)電蒙布、泡沫襯墊在泡沫塑料上蒙一塊鍍銀編織物，形成一個軟襯墊，占去大部分疏松空間，主要為民用，適用于機(jī)柜和門板。穿孔穿孔x通風(fēng)x導(dǎo)線插箱的屏蔽處理z面板：金

18、屬U形面板z面板之間加金屬簧片z面板插針：定位ESD泄放z導(dǎo)軌上簧片：配合插針泄放ESDz金屬之間的搭接：簧片/導(dǎo)電襯墊z搭接處導(dǎo)電氧化或電鍍?yōu)V濾 波波濾波器的特性濾波器的特性z插入損耗是在裝置濾波器前后負(fù)載端所接收能量之差插入損耗是在裝置濾波器前后負(fù)載端所接收能量之差異異z頻率特性是在裝置濾波器時插入損耗與頻率之對應(yīng)值。頻率特性是在裝置濾波器時插入損耗與頻率之對應(yīng)值。z阻抗匹配阻抗匹配z額定電壓、電流額定電壓、電流z絕緣電阻絕緣電阻z尺寸、重量尺寸、重量z使用環(huán)境使用環(huán)境z可靠性可靠性干擾的方式干擾的方式z共模干擾是指電源線對大地，或中線對大共模干擾是指電源線對大地，或中線對大地之間的電位差。地之間的電位差。z差模干擾存在于電源相線與中線之間。差模干擾存在于電源相線與中線之間。濾波器的種類濾波器的種類常用的電源濾波器常用的電源濾波器濾波器的安裝濾波器的安裝z首先，濾波器的外殼與設(shè)備的金屬機(jī)殼要有可靠的接觸。設(shè)備的金屬機(jī)殼應(yīng)該接大地。z其次，濾波器引線與安裝位置也是很有講究的問題。信號濾波信號濾波z電容z磁珠z共模電感z三端濾波器印制電路板的