電磁兼容專題講座

1、電磁兼容專題講座 目 錄第一部分：基本概念第二部分：干擾的類型第三部分：干擾的抑制第四部分：電磁兼容試驗第五部分：產(chǎn)品電磁兼容設(shè)計第六部分：電磁兼容舉例第七部分：電磁兼容試驗對策第一部分：基本概念1.標(biāo)準(zhǔn)1.1 標(biāo)準(zhǔn)的分類基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)：描述EMC現(xiàn)象，規(guī)定了EMC測試方法、設(shè)備，定義了等級和性能判據(jù)。通用標(biāo)準(zhǔn)：按設(shè)備使用環(huán)境劃分，當(dāng)產(chǎn)品沒有特定的產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)可遵循時，使用通用標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：針對某種產(chǎn)品系列的EMC測試標(biāo)準(zhǔn)。三種標(biāo)準(zhǔn)之間的相互關(guān)系基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)目前我們采用的標(biāo)準(zhǔn)有如下幾種：IEC標(biāo)準(zhǔn) GB標(biāo)準(zhǔn) TB標(biāo)準(zhǔn) EN標(biāo)準(zhǔn)1.2 為什么要研究電磁兼容？ 其意義何在？（1）數(shù)字電路的廣

2、泛應(yīng)用，其特點是： a.時鐘脈沖 b.工作電壓越來越低 c.頻率越來越高，干擾越來越大 d.變頻技術(shù)的普及2.基本概念a.電磁兼容 裝置、設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。b.電磁干擾 電磁騷擾引起的裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能 的降低。c.電磁騷擾 任何可能引起裝置或系統(tǒng)性能降低或?qū)ι?、無生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。d.電磁環(huán)境 存在于給定場所的所有電磁現(xiàn)象的總和。e.性能下降 裝置、設(shè)備或系統(tǒng)的工作性能與正常性能的非期望偏離。3.電磁場特性4.電磁干擾三要素發(fā) 射 源：產(chǎn)生電磁干擾的源頭。傳播途徑：電磁干擾通過媒質(zhì)進行傳播 的路徑。敏 感

3、源：對電磁干擾十分敏感的設(shè)備 或系統(tǒng)。三者之間的相互關(guān)系 發(fā)射源敏感源遠場：輻射近場：耦合電場耦合磁場耦合研究如何抑制？研究如何提高抗擾度水平？/2UB（2）回路面積中存在交變磁場，根據(jù)法拉第定理：將 在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而對大地產(chǎn)生共模電流。5.電磁輻射干擾電磁輻射，通過空間傳播，作用于環(huán)形天線，從而影響電路的正常工作。6.近場耦合干擾電場耦合干擾1#線上的脈沖信號等經(jīng)過兩線之間的分布電容，耦合至2#線上，在2#線上產(chǎn)生干擾，影響2#線的正常工作，電場耦合以電容耦合形式出現(xiàn)及分析處理。特別注意：凡是存在dI/dt及dv/dt變化的地方，必定存在電磁干擾。磁場耦合干擾1#線上的干擾，經(jīng)互

4、感耦合至2#線上，從而影響2#線的正常工作7.靜電放電干擾主要由人體產(chǎn)生靜電，當(dāng)人體觸摸器件或裝置時，造成放電，從而影響或損壞器件。8.操作過電壓干擾浪涌（沖擊）干擾對偶發(fā)、能量較大的沖擊過壓干擾，如接觸器斷開等產(chǎn)生其破壞性較大，通常高達工作電壓的幾十倍。脈沖群干擾頻繁出現(xiàn)以脈沖串的形式出現(xiàn)，能量較小，對電子數(shù)字電路影響較大。特點：能量小，頻譜很寬。第三部分 干擾的抑制 針對以上的八種干擾類型及特點，采取合理的措施，加以抑制.常用方法為：屏蔽，接地，濾波三種基本方式。1.屏蔽屏蔽分為主動屏蔽和被動屏蔽兩種主動屏蔽：是采取措施，將干擾源進行屏蔽，減 少對外干擾。被動屏蔽：是保護敏感設(shè)備不受外界干

5、擾的影響。特別注意：（1）屏蔽體必須保持導(dǎo)電的連續(xù)性，才能真正發(fā)揮其屏蔽的作用。（2）屏蔽體一般為良導(dǎo)體，對頻率高于10MHz以上的電場、磁場和電磁場具有非常好的屏蔽作用（在接地良好條件下）（3）對頻率低于1MHz以下的磁場，尤其是 100KHz以下的，很難屏蔽，須采用很厚的高導(dǎo)磁材料，故成本很高。2.接地接地定義：接地一般分為三種形式：（1）單點接地（2）多點接地（3）混合接地 注意：還有一種不接地或懸浮接地單點接地顧名思義，只有一點接地，單點接地又分為：（1）串聯(lián)單點接地（2）并聯(lián)單點接地單點接地適用于頻率低于1MHz以下的場合，為低頻。多點接地 顧名思義，有兩種以上的接地，它適合于10M

6、Hz以上的場合，屬高頻。 1MHz10MHz的頻率，既可用單點接地，也可用多點接地，視情況而定?；旌辖拥?當(dāng)一個設(shè)備既要滿足低頻工作狀態(tài)，又需要滿足高頻工作時，一般采用混合接地。 （1） （2）我們知道：電感的感抗為：RL=L,當(dāng)足夠大時，RL，相當(dāng)于開路；而當(dāng)很小時， RL0，相當(dāng)于短路。我們也知道：電容的容抗為：Rc=1/c,當(dāng)足夠大時，Rc 0 ，相當(dāng)于短路；而當(dāng)很小時， Rc，相當(dāng)于開路。 混合接地就是利用此特性，混合接地的形式如下：3.濾波（1）濾波定義：僅允許工作必須的信號頻率通 過，而對工作不需要的信號頻 率有很大的衰減作用。（2）濾波的作用：阻斷干擾傳播的途徑，與屏 蔽體一起，

7、構(gòu)作防護體系。（3）濾波器分為：電源濾波器和信號濾波器。 均為無源濾波器。（5）濾波器的種類一般電源濾波器外殼為金屬，必須將其外殼良好接地，才能起到真正的濾波作用。特別注意：信號線上不能加大的電感和電容，否則將信號線上的有用信號大大減少,并使其波形失真。4.共電源干擾改進如下：方法1：采用不同的隔離電源供電方法2：采用濾波技術(shù)以上兩種方法我們經(jīng)常采用。5.共地干擾抑制 首先是分地：6.差模電流干擾抑制E=2.6 If2A/D,減少A回路面積是消除差模電流干擾最有效的方法；其次是濾除高頻成分，即降低f頻率，也十分有用，我們常使用雙絞線，就是為了減少差模干擾。特別注意：在電磁兼容測試中，對外干擾主

8、要來源于共模電流干擾。圖有問題7.共模電流干擾的抑制（1）對于A、B兩點存在電位差，通常用大面積的良導(dǎo)體作為參考平面，以減少A、B兩點之間的阻抗，從而減少UAB。因此，接地導(dǎo)線應(yīng)短而粗，目的就是減少接地阻抗。 （2）對于感應(yīng)產(chǎn)生的干擾電壓，應(yīng)盡量減少回路面積，另外加磁環(huán)，即共模電感，以減少共模電流干擾。I共模電流f共模電流頻率L導(dǎo)線長度d測量距離8.磁場輻射干擾抑制（1）減少回路面積。（2）改變方向，使通過回路面積的磁通量 減少。（3）加屏蔽濾波措施，通過吸收與反射， 將電磁輻射能量減少。9.近場耦合干擾抑制電場耦合干擾的抑制通過兩線間分布電容耦合，從而產(chǎn)生干擾解決方法有如下幾種：（1）增加兩

9、線之間的距離，減少分布電容。（2）減少兩線平行走線的長度，兩線布成90直角。（3）兩線至少一根采用屏蔽線，且一端必須接地。磁場耦合干擾抑制通過互感，兩線之間產(chǎn)生相互干擾。解決的方法如下：（1）增加兩線間的距離，從而減少互感。（2）盡量減少兩線平行走線長度，最好走成90布線。圖有問題（3）兩根線中，至少一根應(yīng)采用屏蔽線，且屏蔽層必須兩端接地，才能起作用。為啥啊？10.靜電放電干擾抑制 屏蔽體必須保持導(dǎo)電的連續(xù)性，且縫隙一定要窄，內(nèi)部PCB板應(yīng)離屏蔽體3mm以上。11. 操作過電壓干擾抑制 （1）對浪涌及脈沖群干擾，方法是不一樣的。 （2）對脈沖群干擾一般加濾波器即可消除。 （3）對浪涌，除加濾波

10、器外，還應(yīng)加浪涌吸 收 器，如瞬變抑制二極管、壓敏電阻等。第四部分 電磁兼容試驗 我們軌道交通主要按TB/T30212001及TB/T30342002標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，試驗項目很多，目前主要要求完成如下8項試驗，6項抗擾度試驗，2項對外發(fā)射干擾測試。1.靜電放電抗擾度試驗執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-2 GB17626.2 IEC62236-3-2TB/T3021 TB/T3034 EN50121-3-2這些標(biāo)準(zhǔn)我們已認可嚴(yán)酷度要求放電類型嚴(yán)酷等級性能評定接觸放電6KV B空氣放電8KV3.試驗布置2.射頻電磁場輻射抗擾度試驗執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)： IEC61000-4-3 GB17626.3 IEC62236-

11、3-2 TB/T3021 TB/T3034 EN50121-3-2實驗要求端口嚴(yán)酷等級性能評定附注機箱/柜20V/m80M1GHz 1KHz80%A新標(biāo)準(zhǔn)已要求30V/m實驗布置3.電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-4 GB17626.4 IEC62236-3-2TB/T3021 TB/T3034 EN50121-3-2試驗要求端口嚴(yán)酷等級性能評定電源端口2KV（3級）A信號端口2KV（4級）3.試驗布置4.浪涌抗擾度試驗執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-5 GB17626.5 IEC62236-3-2TB/T3021 TB/T3034 EN50121-3-2試驗要求端口嚴(yán)酷

12、等級性能評定電源線-線線-地B1KV2KV試驗布置5.感應(yīng)場傳導(dǎo)騷擾抗擾度試驗執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-6 GB17626.6 IEC62236-3-2TB/T3021 TB/T3034 EN50121-3-2試驗要求頻率范圍嚴(yán)酷等級性能評定150KHz80MHz10V、1KHz，80%AMA試驗布置6.電壓跌落、瞬時中斷抗擾度試驗執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-6 GB17626.6 IEC62236-3-2TB/T3021 TB/T3034 EN50121-3-2試驗要求類型嚴(yán)酷度性能評定中斷30msA跌落100ms7.電源端騷擾電壓測試執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：CISPR11 GB4824 GB925

13、4試驗要求頻率范圍（MHz）限值(dBuv)QP0.150.5990.53093試驗布置8.磁輻射騷擾測試執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)CISPR11 GB4824 GB9254IEC6223-3-2 TB/T3021 TB/T3034 試驗要求頻率范圍（MHz）限值dBuv/m3023040230100047試驗布置30 230MHz：雙錐天線2301000MHz：對數(shù)周期天線第五部分：產(chǎn)品電磁兼容設(shè)計新產(chǎn)品研發(fā) EMC問題應(yīng)從以下方面考慮：1、為新產(chǎn)品制定電磁技術(shù)規(guī)范產(chǎn)品應(yīng)承受的電磁環(huán)境及所允許的性能下降程度；產(chǎn)品的發(fā)射指標(biāo)產(chǎn)品電磁性能指標(biāo)對安全的影響必須滿足的EMC標(biāo)準(zhǔn)要求產(chǎn)品電磁兼容設(shè)計2、系統(tǒng)設(shè)計1）采用

14、系統(tǒng)一級的最佳做法；2）按照自“整機”EMC技術(shù)規(guī)范向下一直到各個系統(tǒng)的構(gòu)成組件。3、系統(tǒng)組件設(shè)計4、軟件設(shè)計中采用最優(yōu)化EMC技術(shù)5、滿足和符合所有針對市場要求的規(guī)范6、在質(zhì)量評估在采用EMC技術(shù)產(chǎn)品電磁兼容設(shè)計1.結(jié)構(gòu)設(shè)計主要理論：保證箱體結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電的連續(xù)性。開孔、縫隙、插頭插座、顯示窗等。2.布線設(shè)計主要理論：（1）布線的分類，強、弱電必須分開。（2）減少線線之間的竄擾。3.接地：（1）屏蔽層的接地選擇：單端接地 當(dāng)f10MHz，采用多點接地 當(dāng)存在強磁場干擾時，亦需兩端接地。（2）系統(tǒng)必須分地：強電、弱電、通信均應(yīng)分開。4.濾波設(shè)計（1）電源輸入、輸出，原則上均需采用濾波（2）應(yīng)采用合

15、適的濾波電路（3）應(yīng)注意安裝使用，與屏蔽體一起考慮，才能充分發(fā)揮作用設(shè)計設(shè)計理念：（1）盡量減少回路面積（2）阻抗匹配（3）防止“竄擾”（4）地線分割（5）3W原則（6）原則設(shè)計-多層板1.多層板的作用多層線路板減小了信號環(huán)路面積：在多層線路板的應(yīng)用中，毫無例外地專門用兩層做電源和信號地線。這樣，信號線與地線之間的距離僅為線路板層間距離。根據(jù)前面的分析，高頻電路總是選擇環(huán)路面積最小的路徑流動，因此，實際的電流總是在信號線正下方的地線面上流動。這樣，自然就形成了最小的信號環(huán)路面積。從而減小了差模輻射。低頻信號雖然不一定走最小環(huán)路面積的路徑，但是，從前面的分析，低頻信號的差模輻射較小。況且，在許多

16、電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)中對30MHz以下的輻射發(fā)射沒有限制。多層板布線原則1： 將電源層和地線層相鄰，利用兩層銅箔之間的寄生電容獲得良好的高頻電源解耦效果?，F(xiàn)在有的線路板制造商可以在電源層與地線層之間使用介電常數(shù)高的絕緣介質(zhì)，以增加兩層之間的電容。 每層信號線都應(yīng)該與一層地線層或電源層相鄰，這樣可以使所有信號環(huán)路的面積最小。高速時鐘信號線要與地線層相鄰。多層板布線原則2高速時鐘線避免換走線層，必須要換走線層時，應(yīng)該以同一層地線為中心，這樣，地線電流在同一層地線上流動，可以保持電流的連續(xù)性。如果高速時鐘線穿過兩層地線層，則意味著地線電流要換層，這時必須在信號線換層的過孔臨近設(shè)置一個低線過孔，將兩層地線連接

17、起來。 如果線路板上有模擬電路和數(shù)字電路，它們的地線面要分開，但要在同一層地線面上劃分，而不要用兩層分別做地線，因為兩層地線面之間的耦合很嚴(yán)重。I/O接口布線原則I/O接口布線原則2布局：輻射較強的電路（高速數(shù)字脈沖電路、時鐘電路、震蕩器電路等）要盡量遠離I/O接口電路。在有些產(chǎn)品中看到在I/O電路與強干擾電路之間加一片金屬遮擋層。理論分析和試驗均表明，這個遮擋層的作用很有限。干凈區(qū)域：如前所述，地線實際是信號電流的回流路徑，它上面的射頻噪聲是很嚴(yán)重的。當(dāng)電纜連接到這種地線上時，電纜上就有了共模電壓。因此，要盡量在電纜接口處保持不受這種噪聲的影響，形成一塊干凈區(qū)域。干凈區(qū)域的獲得方法：干凈區(qū)域

18、通過“壕溝”獲得。即，I/O區(qū)域的地線和電源線與線路板上其它電路的地線面和電源線面之間設(shè)置一個絕緣的溝，沒有任何聯(lián)系，I/O區(qū)域好比一個孤島。它與主電路之間的聯(lián)系有以下兩個方法：I/O接口布線原則3方法一：用隔離變壓器或光藕隔離器來連接。這時，I/O區(qū)域與主電路在線路板上是完全隔離的，它們之間的連接僅可能是通過金屬機殼。由于任何隔離器都有寄生電容，因此將共模扼流圈與隔離變壓器結(jié)合起來使用，可以獲得更好的共模抑制效果。如果I/O區(qū)域中需要電源，可以將電源通過一個套有鐵氧體磁珠的導(dǎo)線連接，地線用導(dǎo)線直接連接。必要時，在電源上加一個解耦電容。解耦電容的一端接在I/O區(qū)域的電源線上，另一端接在電路地線面上。電源線與地線要盡量靠近，以減小環(huán)路面積。方法二：I/O區(qū)域的地與電路地之間通過“橋”連接，電源線、數(shù)據(jù)線等均通過橋上過。電源線通常需要濾波。橋的兩端應(yīng)與金屬機殼或大的金屬板搭接起來，這樣不僅能減小共模電壓，還能提高對靜電放電和浪涌等高能干擾的抗擾度。PCB布線通用要求PCB邊框及安裝螺釘應(yīng)離印制線3mm以上。PCB上的散熱器等孤立金屬，應(yīng)與機箱地相連。不同區(qū)域電路之間的聯(lián)系，信號線均應(yīng)從