电磁兼容讲座2010702

电磁兼容讲座检测试验中心王益民2010.6目录第一部分：基本概念第二部分：干扰的类型第三部分：干扰的抑制第四部分：电磁兼容试验第五部分：产品电磁兼容设计第六部分：电磁兼容举例第七部分：电磁兼容试验对策第一部分：基本概念1.标准1.1标准的分类基础标准：描述EMC现象，规定了EMC测试方法、设备，定义了等级和性能判据。通用标准：按设备使用环境划分，当产品没有特定的产品类标准可遵循时，使用通用标准。产品标准：针对某种产品系列的EMC测试标准。三种标准之间的相互关系基础标准通用标准产品标准目前我们采用的标准有如下几种：IEC标准GB标准TB标准EN标准1.2为什么要研究电磁兼容？其意义何在？（1）数字电路的广泛应用，其特点是：a.时钟脉冲b.工作电压越来越低c.频率越来越高，干扰越来越大d.变频技术的普及2.基本概念a.电磁兼容装置、设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。b.电磁干扰电磁骚扰引起的装置、设备或系统性能的降低。c.电磁骚扰任何可能引起装置或系统性能降低或对生命、无生命物质产生损害作用的电磁现象。d.电磁环境存在于给定场所的所有电磁现象的总和。e.性能下降装置、设备或系统的工作性能与正常性能的非期望偏离。3.电磁场特性4.电磁干扰三要素发射源：产生电磁干扰的源头。传播途径：电磁干扰通过媒质进行传播的路径。敏感源：对电磁干扰十分敏感的设备或系统。三者之间的相互关系发射源敏感源远场：辐射近场：耦合电场耦合磁场耦合研究如何抑制？研究如何提高抗扰度水平？γλ/2Πγλ/2Π传播途径（切断通路）λ=c/fλ：波长c:光速f:频率三者之间，任去其一，则电磁兼容就可以实现，这是解决电磁兼容问题的基本思路5.产生电磁骚扰的基本现象5.1低频传导现象——谐波、谐间波——信号电压——电压波动——电压暂降和短时中断——电压不平衡——电源频率变化——低频感应电压——交流网络中的直流5.2低频辐射现象——电场——磁场5.3低频传导现象——感应连续（CW）波电压和电流——单向瞬态——振荡瞬态5.4高频辐射现象——磁场——电场——电磁场——连续波——瞬态第二部分：干扰的类型1.共电源干扰：电路1与电路2共用一路电源，电路1与电路2之间会产生相互影响.严重时，将使电路1或2不能正常工作。2.共地干扰从上电路图中，电路1的接地点，受电路2和3的影响，严重时，影响电路1的正常工作。3.差模干扰此电路类似环形天线，易产生对外干扰E=2.6I1Af2/DA:回路面积；I1：差模电流；f:差模电流的工作频率；D：测量距离4.共模干扰共模电流产生机理：（1）A、B两点存在电位差，例如UAUB（2）回路面积中存在交变磁场，根据法拉第定理：将在回路中产生感应电动势，从而对大地产生共模电流。5.电磁辐射干扰电磁辐射，通过空间传播，作用于环形天线，从而影响电路的正常工作。6.近场耦合干扰6.1电场耦合干扰1#线上的脉冲信号等经过两线之间的分布电容，耦合至2#线上，在2#线上产生干扰，影响2#线的正常工作，电场耦合以电容耦合形式出现及分析处理。特别注意：凡是存在dI/dt及dv/dt变化的地方，必定存在电磁干扰。6.2磁场耦合干扰1#线上的干扰，经互感耦合至2#线上，从而影响2#线的正常工作7.静电放电干扰主要由人体产生静电，当人体触摸器件或装置时，造成放电，从而影响或损坏器件。8.操作过电压干扰8.1浪涌（冲击）干扰对偶发、能量较大的冲击过压干扰，如接触器断开等产生其破坏性较大，通常高达工作电压的几十倍。8.2脉冲群干扰频繁出现以脉冲串的形式出现，能量较小，对电子数字电路影响较大。特点：能量小，频谱很宽。第三部分干扰的抑制针对以上的八种干扰类型及特点，采取合理的措施，加以抑制.常用方法为：屏蔽，接地，滤波三种基本方式。1.屏蔽屏蔽分为主动屏蔽和被动屏蔽两种主动屏蔽：是采取措施，将干扰源进行屏蔽，减少对外干扰。被动屏蔽：是保护敏感设备不受外界干扰的影响。特别注意：（1）屏蔽体必须保持导电的连续性，才能真正发挥其屏蔽的作用。（2）屏蔽体一般为良导体，对频率高于10MHz以上的电场、磁场和电磁场具有非常好的屏蔽作用（在接地良好条件下）（3）对频率低于1MHz以下的磁场，尤其是100KHz以下的，很难屏蔽，须采用很厚的高导磁材料，故成本很高。2.接地接地定义：接地一般分为三种形式：（1）单点接地（2）多点接地（3）混合接地注意：还有一种不接地或悬浮接地2.1单点接地顾名思义，只有一点接地，单点接地又分为：（1）串联单点接地（2）并联单点接地单点接地适用于频率低于1MHz以下的场合，为低频。2.2多点接地顾名思义，有两种以上的接地，它适合于10MHz以上的场合，属高频。1MHz~10MHz的频率，既可用单点接地，也可用多点接地，视情况而定。2.3混合接地当一个设备既要满足低频工作状态，又需要满足高频工作时，一般采用混合接地。（1）（2）我们知道：电感的感抗为：RL=ωL,当ω足够大时，RL→∞，相当于开路；而当ω很小时，RL→0，相当于短路。我们也知道：电容的容抗为：Rc=1/ωc,当ω足够大时，Rc→0，相当于短路；而当ω很小时，Rc→∞，相当于开路。混合接地就是利用此特性，混合接地的形式如下：3.滤波（1）滤波定义：仅允许工作必须的信号频率通过，而对工作不需要的信号频率有很大的衰减作用。（2）滤波的作用：阻断干扰传播的途径，与屏蔽体一起，构作防护体系。（3）滤波器分为：电源滤波器和信号滤波器。均为无源滤波器。（5）滤波器的种类一般电源滤波器外壳为金属，必须将其外壳良好接地，才能起到真正的滤波作用。特别注意：信号线上不能加大的电感和电容，否则将信号线上的有用信号大大减少,并使其波形失真。4.共电源干扰改进如下：方法1：采用不同的隔离电源供电方法2：采用滤波技术以上两种方法我们经常采用。5.共地干扰抑制首先是分地：6.差模电流干扰抑制E=2.6If2A/D,减少A回路面积是消除差模电流干扰最有效的方法；其次是滤除高频成分，即降低f频率，也十分有用，我们常使用双绞线，就是为了减少差模干扰。特别注意：在电磁兼容测试中，对外干扰主要来源于共模电流干扰。图有问题7.共模电流干扰的抑制（1）对于A、B两点存在电位差，通常用大面积的良导体作为参考平面，以减少A、B两点之间的阻抗，从而减少UAB。因此，接地导线应短而粗，目的就是减少接地阻抗。（2）对于感应产生的干扰电压，应尽量减少回路面积，另外加磁环，即共模电感，以减少共模电流干扰。E=1.26IfL/dI——共模电流f——共模电流频率L——导线长度d——测量距离8.磁场辐射干扰抑制（1）减少回路面积。（2）改变方向，使通过回路面积的磁通量减少。（3）加屏蔽滤波措施，通过吸收与反射，将电磁辐射能量减少。9.近场耦合干扰抑制9.1电场耦合干扰的抑制通过两线间分布电容耦合，从而产生干扰解决方法有如下几种：（1）增加两线之间的距离，减少分布电容。（2）减少两线平行走线的长度，两线布成90°直角。（3）两线至少一根采用屏蔽线，且一端必须接地。9.2磁场耦合干扰抑制通过互感，两线之间产生相互干扰。解决的方法如下：（1）增加两线间的距离，从而减少互感。（2）尽量减少两线平行走线长度，最好走成90°布线。图有问题（3）两根线中，至少一根应采用屏蔽线，且屏蔽层必须两端接地，才能起作用。为啥啊？10.静电放电干扰抑制屏蔽体必须保持导电的连续性，且缝隙一定要窄，内部PCB板应离屏蔽体3mm以上。11.操作过电压干扰抑制（1）对浪涌及脉冲群干扰，方法是不一样的。（2）对脉冲群干扰一般加滤波器即可消除。（3）对浪涌，除加滤波器外，还应加浪涌吸收器，如瞬变抑制二极管、压敏电阻等。第四部分电磁兼容试验我们轨道交通主要按TB/T3021—2001及TB/T3034—2002标准执行，试验项目很多，目前主要要求完成如下8项试验，6项抗扰度试验，2项对外发射干扰测试。1.静电放电抗扰度试验1.1执行标准IEC61000-4-2GB17626.2IEC62236-3-2TB/T3021TB/T3034EN50121-3-2这些标准我们已认可1.2严酷度要求放电类型严酷等级性能评定接触放电6KVB空气放电8KV3.试验布置2.射频电磁场辐射抗扰度试验1.1执行标准：IEC61000-4-3GB17626.3IEC62236-3-2TB/T3021TB/T3034EN50121-3-21.2实验要求端口严酷等级性能评定附注机箱/柜20V/m80M~1GHz1KHz80%A新标准已要求30V/m1.3实验布置3.电快速瞬变脉冲群抗扰度试验3.1执行标准IEC61000-4-4GB17626.4IEC62236-3-2TB/T3021TB/T3034EN50121-3-23.2试验要求端口严酷等级性能评定电源端口2KV（3级）A信号端口2KV（4级）3.试验布置4.浪涌抗扰度试验4.1执行标准IEC61000-4-5GB17626.5IEC62236-3-2TB/T3021TB/T3034EN50121-3-24.2试验要求端口严酷等级性能评定电源线-线线-地B1KV2KV4.3试验布置5.感应场传导骚扰抗扰度试验5.1执行标准IEC61000-4-6GB17626.6IEC62236-3-2TB/T3021TB/T3034EN50121-3-25.2试验要求频率范围严酷等级性能评定150KHz~80MHz10V、1KHz，80%AMA5.3试验布置6.电压跌落、瞬时中断抗扰度试验6.1执行标准IEC61000-4-6GB17626.6IEC62236-3-2TB/T3021TB/T3034EN50121-3-26.2试验要求类型严酷度性能评定中断30msA跌落100ms7.电源端骚扰电压测试7.1执行标准：CISPR11GB4824GB92547.2试验要求频率范围（MHz）限值(dBuv)QP0.15~0.5990.5~30937.3试验布置8.磁辐射骚扰测试8.1执行标准CISPR11GB4824GB9254IEC6223-3-2TB/T3021TB/T30348.2试验要求频率范围（MHz）限值dBuv/m30~23040230~1000478.3试验布置30~230MHz：双锥天线230~1000MHz：对数周期天线第五部分：产品电磁兼容设计•新产品研发EMC问题应从以下方面考虑：1、为新产品制定电磁技术规范●产品应承受的电磁环境及所允许的性能下降程度；◆产品的发射指标◆产品电磁性能指标对安全的影响◆必须满足的EMC标准要求产品电磁兼容设计2、系统设计1）采用系统一级的最佳做法；2）按照自“整机”EMC技术规范向下一直到各个系统的构成组件。3、系统组件设计4、软件设计中采用最优化EMC技术5、满足和符合所有针对市场要求的规范6、在质量评估在采用EMC技术产品电磁兼容设计1.结构设计主要理论：保证箱体结构的导电的连续性。开孔、缝隙、插头插座、显示窗等。2.布线设计主要理论：（1）布线的分类，强、弱电必须分开。（2）减少线—线之间的窜扰。3.接地：（1）屏蔽层的接地选择：单端接地当f≥10MHz，采用多点接地当存在强磁场干扰时，亦需两端接地。（2）系统必须分地：强电、弱电、通信均应分开。4.滤波设计（1）电源输入、输出，原则上均需采用滤波（2）应采用合适的滤波电路（3）应注意安装使用，与屏蔽体一起考虑，才能充分发挥作用5.PCB设计设计理念：（1）尽量减少回路面积（2）阻抗匹配（3）防止“窜扰”（4）地线分割（5）3W原则（6）5.5原则5.1PCB设计-多层板2002年7月杨继深信号1电源层地线层信号2低频高频多层板为什么能减小辐射？1.多层板的作用•多层线路板减小了信号环路面积：在多层线路板的应用中，毫无例外地专门用两层做电源和信号地线。这样，信号线与地线之间的距离仅为线路板层间距离。根据前面的分析，高频电路总是选择环路面积最小的路径流动，因此，实际的电流总是在信号线正下方的地线面上流动。这样，自然就形成了