电磁兼容技术概述--ppt课件

电磁兼容技术海湾战争以电子战为发端，在“沙漠风暴”开始之前５个小时，多国部队就派出EA-6B等专用电子对抗飞机，对伊拉克境内的雷达、通信、指挥设施和防空系统进行了强烈的电磁干扰，使伊军雷达荧光屏一片“白雪”，造成了伊军通信中断、雷达迷盲、指挥瘫痪、防空导弹失灵，大大提高了己方作战飞机的生存率和行动自由度。战后，美国海军反映，当战斗机编队有EA-6B电子干扰机护航时，几乎就没有受到伊军地对空导弹的攻击。实战结果再次证明，只有夺得整个战场的制电磁权，才能获取制空权，并进而以较少的损失赢得战争的胜利。第一章概述本门课程的学习方法电磁兼容的基本概念电磁兼容性设计电磁兼容性设计所涉及的技术领域本门课程讲述的主要内容§0本门课程的学习方法本门课程的工程应用性特点非常明显本门课程与多个专业基础课有关联电磁兼容技术很大范围内主要依靠经验本门课程对后续的科研、开发工作意义重大教学和学习方法：课堂讨论、工程设计实例分析、搜查资料等。重要的不是记录文字，而是学会思考！§1电磁兼容的基本概念信号、干扰和噪声常见的干扰和噪声电磁干扰对电子电气设备工作产生的影响设备的抗干扰电磁兼容信号：对电子电气电路工作“有用”的电信号，包括待处理的电信号、希望产生的输出等。噪声：除“有用”电信号以外的所有电信号，均是噪声。噪声对电路的工作多少都有些影响。干扰：由噪声导致的“不希望”出现的结果称为干扰。噪声是产生干扰的原因，干扰则是噪声的后果；噪声是客观存在的，无法消除，而只能将它减小到不产生明显干扰的程度，即不产生干扰的程度。TTL的最小输出高电平（VOH）2.4V，最高输出低电平（VOL）0.4V。TTL的最小输入高电平（VIH）=2.0V，最高输入低电平（VIL）=0.8V，TTL的噪声容限是0.4V（意味着幅值小于0.4V的噪声将不会对TTL的工作产生影响）。举例说明：信号、噪声和干扰一些习惯说法：干扰信号、系统受到了干扰等。习惯上所说的“干扰”就是指能够引起干扰的噪声。常见的干扰和噪声自然干扰：自然现象产生的各种电磁噪声。人为干扰：源自人们的生活和生产活动，主要是各种电子电气设备产生的干扰。列举一些常见的自然干扰和人为干扰自然干扰大气噪声雷电（30MHz以下）太阳异常电磁辐射银河系无线电辐射150MHz-200MHz）宇宙射线（10MHz-30GHz）地震人为干扰元器件固有噪声：热噪声、散粒噪声、接触噪声等。物理或电化学过程噪声：原电池噪声、摩擦噪声等。放电噪声：起源于放电过程，比如静电放电、电晕放电、辉光放电、弧光放电和高频电火花放电等。电磁感应：各种电磁波干扰。通信广播：电视，广播，各种通信台站；电力系统：发电机，变压器，电力线；工业设备：各种电动机，电焊机，加热器，机床，控制器，计算机，搅拌机，继电器；交通运输：电动机车，导航系统,汽车点火装置（10MHz-100MHz）；医疗设备：电子医疗器械，X射线；办公设备：计算机，键盘，打印机，复印机，日光灯；家用电器：微波炉，风扇，吸尘器，冰箱；军事武器：核爆炸，电磁武器；常见的人为干扰课堂讨论：电磁干扰对电子电气设备影响课堂讨论：电磁干扰对电子电气设备影响继电器设备的抗干扰所谓“抗干扰”，就是设备抵御噪声信号、使之不对系统工作产生影响的性能。干扰与抗干扰，就像一对“矛盾”。单纯的抗干扰，很容易陷入“道高一尺、魔高一丈”的恶性循环。单纯抗干扰的成本越来越高、效果却越来越差。§2电磁兼容性设计随着电子电气设备应用范围的日益广泛、功能日益复杂，电子电气设备所面临的电磁环境日益恶化。与此同时，却对电子电气设备抗干扰性能提出了愈来愈高的要求。事实也证明，盲目提高和改善电子电气设备抗干扰性能，不但浪费巨大，而且效果并不理想。在这种情况下，就逐渐从单纯的抗干扰技术，转向发展成了综合的电磁兼容技术。ElectromagneticCompatibility（EMC）电磁兼容性电磁兼容性包含三个方面的含义：1、电磁环境应是给定或可以预期的；2、设备不应产生超过标准或规范所规定的电磁噪声；3、设备应满足标准所规定的电磁噪声敏感度限值的要求。所谓电磁兼容，是指在有限的空间、时间和频谱资源条件下，各种设备可以共存、并不产生相互不利影响状态。设备的电磁兼容性，即设备在指定的电磁环境中正常工作、且不对环境和环境中其它设备产生不利影响的能力。电磁兼容性设计明确电磁环境（制定相应的电磁兼容标准）设备的抗干扰设计抑制设备产生和发射电磁干扰噪声试验检测方法、手段、标准和设备电磁兼容性设计效费比时间费用/效果费用效果越早进行电磁兼容设计，手段越多、效果越好、费用越低。干扰的产生、传播、作用干扰源传播途径敏感设备抑制干扰最有效的方法：在干扰源处对干扰进行抑制。电磁兼容措施必须综合治理，全局考虑。电磁兼容性设计必须考虑环境和条件不同的使用条件有不同的电磁环境；不同的使用环境有不同的电磁兼容要求；不同的使用环境有不同的成本等要求；电磁兼容没有放之四海皆准的标准，必须因地制宜。航空航天、军事设备、武器系统、医疗设备、电网系统、交通运输、家用电器、娱乐设备等电磁兼容措施实例电磁兼容设计的基本原则1.不单纯追求抗干扰性能；2.自始至终，全程参与；3.从源头下手，标本兼治；4.全局考虑，不留死角；5.与时俱进；6.因地制宜，充分考虑性能、成本、可靠性等之间的综合效益；7.根据系统特点，对症下药；§3电磁兼容性设计所涉及的技术领域电磁兼容是一门综合性科学，所涉及的主要技术领域包括：电路原理、电磁场理论、电子电路、计算机技术、仿真技术、试验技术等等。我们在本门课程的学习中，主要涉及电路原理、基本的电磁场理论、计算机技术和电力电子技术。§4本门课程讲述的主要内容（受课时限制，主要讲述抗干扰的内容）详细介绍五种类型的干扰；不同干扰产生的机理、如何干扰系统；针对不同的干扰，主要的抗干扰措施；典型系统的抗干扰设计分析（微机系统和电力电子系统）；介绍一些常用的电磁兼容器件；考试及平分标准平分标准：平时成绩10%＋综合设计30%＋期末考试60%。考试采用开卷考试，题型主要是问答题。综合设计题目：×××系统的电磁兼容（抗干扰）设计论文＋答辩需要事先准备好PPT，课堂5分钟讲述时间，5分钟左右讨论答辩时间。第二章抗干扰技术噪声从噪声源，经传播途径，进入系统，干扰系统工作（敏感设备）。可以从上述任何环节抑制干扰：抑制噪声的产生、阻断干扰的传播、提高设备的噪声容限。从噪声源处抑制噪声产生，效果最明显，但有时不易实现。所有噪声都是通过一定的传播途径进入系统，因此在噪声传播途径上切断噪声的传播就成为最现实和有效的选择之一。区别干扰的标准有很多，此处按照干扰传播（耦合）途径的不同对干扰进行分类。根据干扰进入系统途径的不同，干扰常被分为五类：传导干扰、公共阻抗干扰、电场耦合干扰、磁场耦合干扰、电磁场耦合干扰。对于每种干扰，要求掌握：各种干扰的特点、干扰进入系统的机理、根据实例进行分析、抑制干扰的原理和主要方法。§1传导干扰外界干扰通过电气连线，直接传导进入敏感设备。特点：干扰进入设备的途径是电气连线。敏感设备外界干扰传导干扰是在一般电气系统最普遍的干扰形式。大部分干扰在进入系统后，都会转变成传导干扰的形式，在整个系统内部蔓延。传导干扰举例输电线路传导干扰是普遍存在的传导干扰极易在系统内部通过电气连线传递系统间的设备会通过电气连线相互传导干扰（传导干扰）课堂讨论1、干扰通过电气连线进入系统，会出现什么情况？干扰将和信号混杂在一起。2、如何抑制传导干扰？利用干扰和信号之间的差异，将干扰“过虑”掉。3、有哪些差异可以被利用呢？两者一般在源阻抗、能量、频谱、持续时间等方面都有很大的不同。因此抑制传导干扰的关键和前提是找出信号和传导噪声之间可以被利用的差异。利用源阻抗的差异对传导干扰进行抑制一般而言，干扰源的阻抗较大，而信号源的阻抗较小。如何利用这个特点？敏感设备外界干扰降低敏感设备的输入阻抗。课堂讨论：光耦如何达到抑制传导干扰目的？信号＋干扰信号光电耦合器是一种常用的电磁兼容器件。利用光耦输入阻抗低的特点，可以用来抑制传导干扰。光耦利用光来传递信号，从源头上切断了干扰传导的途径，因此成为抑制传导干扰最常用的器件之一。课堂讨论：光耦在应用上有什么限制？光耦一般只适于传递数字信号，若要传递模拟信号，还需要特殊的设计和电路。分布电容的存在，会为高频传导噪声提高一条进入系统的途径。信号＋干扰信号利用频谱的差异对传导干扰进行抑制一般而言，干扰的频谱较高，而信号的频谱较低。如何利用这个特点？加设各种滤波器，其中最常用的滤波器是低通滤波器（LPF）信号＋干扰LPF信号敏感电路常用的几种低通滤波电路电磁兼容中滤波器的几个设计原则：1、结构简单2、尽量采用无源器件3、电感、电容必须仔细选型、小心使用4、对于高频干扰，器件的分布参数影响很大课堂讨论：为什么尽量不采用有源器件设计EMC滤波器有源器件本身对噪声相对比较敏感，因此并不适合用于EMC设计。即是使用有源器件，也应对电信号进行必要的预处理。课堂讨论：普通电感和电容用于EMI有何限制？线绕电感匝间的分布电容影响电感的高频特性如何减小绕线匝间电容和引线电感的影响？电容引线上的分布电感也有类似的效果常用电路抗干扰滤波器铁氧体磁珠三端电容穿心电容铁氧体磁珠三端电容穿心电容对于频率较低的传导干扰，如何滤除？要滤除低频传导干扰，有什么困难？如果采用滤波器，不可避免使用较大的电容和电感。有什么更好的方法？采用数字方法，比如数字滤波、坏值剔除等。如果传导干扰已经进入系统，怎么办？可以考虑系统本身的抗扰性。数字化是一个不错的选择。为什么数字系统的抗扰性要强于模拟系统？VIHminVILmax提高系统抗扰性实例之一：采用数字信号提高系统抗扰性实例之二过零比较器问题的特征：有用信号很弱，干扰相对很强。怎么办？输入输出V2V1V1V2采用滞环比较器小结1.传导干扰是通过电气连线传导进入系统的一种干扰，切断系统与外界的电气连线可以从根本上解决传导干扰的入侵。2.由于系统内部大量存在电气连线，传导干扰的存在非常普遍。3.大部分干扰在进入系统后都会演变成传导干扰。4.抑制传导的关键在于找出传导干扰与信号之间可以被利用的差异。5.分布参数的存在，使得EMC更加复杂和困难。6.如果传导干扰无法利用“一般”方法剔除，可以考虑数字化、运算处理等“先进”方法。§2公共阻抗干扰ABCZaZbZcDCZa、Zb、Zc的存在会对电路的工作产生什么影响？噪声电流在系统间的公共阻抗上产生噪声电压，并由此对系统的工作产生干扰。公共阻抗干扰举例公共阻抗干扰和传导干扰很容易混淆：公共阻抗干扰很多（大多）最终以传导的方式进入系统。两者的区别更多在最终的成因上。公共阻抗干扰往往是相互的公共阻抗干扰的特点系统间存在公共阻抗，也就是有共同的电流通道。系统工作产生的噪声电流将流过系统间的公共阻抗。公共阻抗普遍存在，至少是所有的导线都存在分布电感和电阻。对于公共阻抗干扰，在电气连线中，分布电感的作用远大于电阻，因此大多数情况下，更关注高频公共阻抗干扰。公共阻抗干扰对于不同的系统有不同的影响。公共阻抗干扰的影响前级处理后级功放ZaZbDC前级处理后级功放ZaZbDC前级将小信号放大，后级实现功率放大。哪个方案更好？同样存在公共阻抗干扰，但如果以电源的负极作为电位的基准，左边方案中前级受到的干扰更严重，因为相对于后级，前级更容易受到干扰。虽然公共阻抗干扰往往是相互的，但影响却可能有很大的差异ABZa公共阻抗干扰的一种典型形式共地阻抗干扰广泛存在于各种接地环节（包括电源的供电系统和参考电位）为了抑制其影响，有多种接地方案接地的一种作用：作为参考电位接地结构简单，但公共阻抗干扰的影响最严重。接地结构复杂，但公共阻抗干扰的影响较小。复合式单点接地将线路或装备加以归类，而同时使用串联与并联法，可同时兼顾降低公共阻抗干扰影响和