EMC培训知识精华

EMC知识培训•电磁兼容基本概念•产品EMC工作流程•EMC标准及其测试•EMC基本理论•EMC设计•EMC案例分析•EMC认证与技巧电磁兼容基本概念电磁环境电磁兼容基本概念•什么是电磁兼容性？　电子线路、设备、系统互相不影响，从电磁的角度具有相容性的状态–设备内电路模块之间的相容性–设备之间的相容性–系统之间的相容性电磁兼容基本概念•电磁干扰三要素：干扰源、耦合路径、敏感设备00:451234567890220V干扰源敏感设备耦合路径辐射电磁兼容基本概念电磁干扰源•自然干扰源–天电噪声–宇宙噪声•人为干扰源–无线电发射机–信息技术设备时钟、开关电源–静电放电–机动车辆和内然机等电磁兼容基本概念传输途径•传导–公共电源、公共地线、互连线•辐射–通过空间传播：近场区或感应场区（电容耦合、电感耦合）、远场区（干扰源的发射的电磁能量以电磁波的形式，通过空间传播作用到接收器上)电磁兼容基本概念•电磁干扰电磁兼容基本概念•电磁抗扰度电磁兼容基本概念基本的电磁兼容控制技术•屏蔽–切断电磁干扰通过空间转播的途径，衡量指标为屏效能。•滤波–在频域上处理电磁噪声的一种技术，其特点是将不需要的一部分频谱滤掉。•接地–提供有用信号或无用信号，电磁噪声的公共通路，有效设计地平面，可以抑制电磁噪声。•PCB设计电磁兼容基本概念•电磁兼容设计成本评估方法设计方法电路设计屏蔽概念设计产品市场产品阶段设计效果花费成本电磁兼容基本概念•EMC研究内容EMSLimitEMILimitRedundancy产品EMC工作流程需求分析系统设计验证技术评审1概要设计详细设计测试发布概念计划开发验证发布技术评审2技术评审4技术评审3技术评审5技术评审6技术评审4AEMC标准及其测试•EMC标准组织地区性EMC标准化组织国际有关EMC标准化组织各国的国家委员会EMC标准及其测试国际有关EMC标准化组织•国际电工委员会IEC•国际标准化组织ISO•电气电子工程师学会IEEE•欧盟电信标准委员会（ETSI）•国际无线电通信咨询委员CCIR•国际通讯联盟ITUEMC标准及其测试EMC标准•国际电工委员会IEC有以下分会进行EMC标准研究–CISPR：国际无线电干扰特别委员会–TC77：电气设备（包括电网）内电磁兼容技术委员会–TC65：工业过程测量和控制技术委员会EMC标准及其测试EMC标准•国家标准化组织：–FCC联邦通讯委员会–VDE德国电气工程师协会–VCCI日本民间干扰控制委员会–BS英国标准–ANSI美国国家标准–GOSTR俄罗斯政府标准–GB、GB/T中国国家标准EMC标准及其测试•标准的分类Basicstandardgenericstandartproductfamilystandardproductstandard按层次分IEC61000系列EMC标准及其测试EMI测试辐射骚扰电磁场（RE）骚扰功率（DP）传导骚扰（CE）谐波电流（Harmonic)电压波动及闪烁（Flicker)•瞬态骚扰电压（TDV）EMC标准及其测试•辐射骚扰电磁场RE（dBμV/m)EMC标准及其测试•辐射骚扰电磁场测试原理框图EMIReceiverEUTAdapterControlRoomChamber3mor10mAntennaEMC标准及其测试•骚扰功率(dBpW)EMC标准及其测试•骚扰功率测试原理图EUTAEPowerProbeEMIReceiverEMC标准及其测试•传导发射:连续干扰电压、电流测量（CE）–电压法：交、直流电源线、天馈线、信号线（dBµV)–电流法：信号线（dBµA)电压限值例：EMC标准及其测试•电源线骚扰电压测试原理框图EUTAEAMNEMIReceiverEMC标准及其测试•传导发射:–谐波电流测试（Harmonic)：交流电源线（A）–电压波动和闪烁测量(FluctuationandFlicker)：(U)EMC标准及其测试•谐波电流测试原理框图EUTAC　SourceCurrentprobeAnalyserEMC标准及其测试EMS测试o辐射敏感度:辐射敏感度试验（RS）o工频磁场辐射敏感度试验（PMS）o静电放电抗扰度（ESD）传导敏感度（CS）电快速瞬态脉冲群抗扰度试验（EFT/B）浪涌抗扰度试验（SURGE）电压跌落与短时中断抗扰度（DIP）–电力线感应/接触（Powerinduction/contact）EMC标准及其测试•辐射敏感度:辐射敏感度试验（V/m,dBµV/m)AmAMGeneratorPowerMeterChamberControlRoomEUTPowermeterAntennaEMC标准及其测试•辐射敏感度:工频磁场辐射敏感度试验(A/m)GeneratorEUTICoilEMC标准及其测试•静电放电抗扰度(kV)台式设备测试布置ESDGunEUTGPAETableEMC标准及其测试•传导敏感度：传导敏感度（V,dBµV）AMGeneratorAmCDNAEorPowerEUTPowerMeterEMC标准及其测试•传导敏感度：电快速瞬态脉冲群抗扰度试验(kV)RsAEorPowerCoupingandDecouplingEUTSimulatorEMC标准及其测试•传导敏感度：浪涌抗扰度试验（kV）00.90.30.10.5TT1tUt1T1=1.67×T=1.2微秒±30%t=50微秒±20%EMC标准及其测试•传导敏感度：电压跌落与短时中断抗扰度EUTVoltageSimulatorAC220VPGEMC标准及其测试•EMC测试结果的评价–A级：试验中技术性能指标正常；–B级：试验中性能暂时降低，功能不丧失，试验后能自行恢复；–C级：功能允许丧失，但能自恢复，或操作者干预后能恢复；–R级：除保护元件外，不允许出现因设备（元件）或软件损坏或数据丢失而造成不能恢复的功能丧失或性能降低。EMC基础理论•电磁干扰的时域与频域描述:时域特性EMC基础理论•电磁干扰的时域与频域描述:频域特性EMC基础理论•电磁干扰的时域与频域描述:周期梯形波的频谱EMC基础理论•电磁干扰的时域与频域描述:宽带噪声EMC基础理论•电磁干扰的时域与频域描述:时钟与数据噪声EMC基础理论•分贝（dB）的概念–分贝是电磁兼容中常用的基本单位。定义为两个功率的比：EMC基础理论•五个泄漏源的泄漏强度相同dBµV/mMHzLimitEMC基础理论传导干扰耦合形式•共阻抗耦合–由两个回路经公共阻抗耦合而产生，干扰量是电流i，或变化的电流di/dt。•容性耦合–在干扰源与干扰对称之间存在着耦合的分布电容而产生，干扰量是变化的电场，即变化的电压du/dt。•感性耦合–在干扰源与干扰对称之间存在着互感而产生，干扰量是变化的磁场，即变化的电流di/dt。EMC基础理论•电场：导体之间的电压产生电场–电场强度单位：V/m•磁场：导体上的电流产生磁场–磁场强度单位：A/mEMC基础理论电场与磁场•波阻抗：Zo=E/HEMC基础理论•差模辐射：电流在信号环路中流动产生EMC基础理论•共模辐射：由于导体的电位高于参考电位产生EMC基础理论•PCB主要产生差模辐射EMC基础理论•线缆主要产生共模辐射EMC基础理论•差模辐射电场的计算　其中：E:电场强度(V/m)f:电流的频率(MHz)A:电流的环路面积(cm2)I:电流的强度(mA)r:测试点到电流环路的距离(m)rAIfE/10263216rAIfE/10263216EMC基础理论•共模辐射电场的计算其中E:电场强度(V/m)f:电流的频率(MHz)L:电缆的长度(m)I:电流的强度(mA)r:测试点到电流环路的距离(m)rfILE/106.127EMC基础理论•屏蔽的基本理论和设计要点EMC基础理论•屏蔽效能计算公式：　　　　SE(dB)=R(dB)+A(dB)+B(dB)　　R(dB)-reflectionloss　A(dB)-absorption　B(dB)-re-reflectionlossEMC基础理论•屏蔽设计的基本原则：–屏蔽体结构简洁，尽可能减少不必要的孔洞，尽可能不要增加额外的缝隙；–避免开细长孔，通风孔尽量采用圆孔并阵列排放。屏蔽和散热有矛盾时尽可能开小孔，多开孔，避免开大孔；–足够重视电缆的处理措施，电缆的处理往往比屏蔽本身还重要；–屏蔽体的电连续性是影响结构件屏蔽效能最主要的因素，相对而言，一般材料本身屏蔽性能以及材料厚度的影响是微不足道的（低频磁场例外）；–注意控制成本；EMC设计EMC设计思路•系统分析产品•提出设计重点•设计分解•输出设计方案EMC设计产品EMC设计•PCB设计（布局、分层、布线、匹配）•滤波设计（分层滤波）•接地设计（工作地、保护地、雷击地、接地方法）•屏蔽设计（通风、结构开口、出线缆、搭接）EMC设计屏蔽设计•通风孔屏蔽设计•结构搭接缝屏蔽设计•出线电缆屏蔽设计•结构件开口屏设计EMC设计•通风孔及开口设计EMC设计•结构搭接缝屏蔽设计EMC设计•电缆从屏蔽体内穿出：–如果导体从屏蔽体中穿出去，将对屏蔽体的屏蔽效能产生显著的劣化作用。这种穿透比较典型的是电缆从屏蔽体中穿出。ABCEMC设计穿出屏蔽体电缆的设计原则：–采用屏蔽电缆时，屏蔽电缆在出屏蔽体时，采用夹线结构，保证电缆屏蔽层与屏蔽体之间可靠接地，提供足够低的接触阻抗。–2、采用屏蔽电缆时，用屏蔽连接器转接将信号接出屏蔽体，通过连接器保证电缆屏蔽层的可靠接地。–3、采用非屏蔽电缆时，采用滤波连接器转接，由于滤波器通高频的特性，保证电缆与屏蔽体之间有足够低的高频阻抗。EMC设计穿出屏蔽体电缆的设计原则：–4、采用非屏蔽电缆时，电缆在屏蔽体的内侧（或者外侧）要足够短，使干扰信号不能有效地耦合出去，从而减小了电缆穿透的影响。–5、电源线通过电源滤波器出屏蔽体，由于滤波器通高频的特性，保证电源线与屏蔽体之间有足够低的高频阻抗。–6、采用光纤出线。由于光纤本身没有金属体，也就不存在电缆穿透的问题。EMC设计•不良接地EMC设计•屏蔽材料及应用（导电布、簧片、导电橡胶）EMC设计•截止波导通风板EMC设计•良好接地EMC设计•接地的概念及目的：–一是为了安全，称为保护接地。电子设备的金属外壳必须接大地，这样可以避免因事故导致金属外壳上出现过高对地电压而危及操作人员和设备的安全。–二是为电流返回其源提供低阻抗通道，即工作接地。–防雷接地，为雷击提供电流泄放。EMC设计•接地提供信号回流EMC设计•单点接地－适用于工作频率1MHz以下系统AnalogDigitalHighpower/inductiveI/oPowersupply由于地线长度的原因，共模电压依然存在，所以单点接地适合工作频率不高的系统；EMC设计•接地的形式：多点接地及混合接地low-levelanaloguewidebandanaloguewidebandanalogueoutputdigitaldigitaldigitalhybridgroundingcapacitormultipointgroundingindigitalsectionsEMC设计•滤波–滤波电路是由电感、电容、电阻、铁氧体磁珠和共模线圈构成的频率选择性网络，阻止某段频率范围内的信号沿线传递。–滤波电路种类：反射、吸收。EMC设计•滤波器件–电容（通用电容、三端电容）–电感（通用电感、共模电感、磁珠）–电阻EMC设计•基本的滤波形式EMC设计•差模滤波与共模滤波设计：EMC设计•电容和三端电容特性EMC设计•共模扼流圈EMC设计•铁氧体磁珠EMC设计•PCB设计–布局：同类电路布在一块、控制最小路径原则、高速电路间不要靠近小面板、电源模块靠近进单盘的位置–分层：高速布线层必须靠近一层地、电源与地相邻、元件面下布一层地、近可能将两个表层布地层、内层比表层缩进20H–布线：3W原则、差分对线等长，靠近走、高速或敏感线不能跨分割区–接地：同类电路单独分布地，在单板上单点相连–滤波：电源模块、功能电路设计板级虑波电路–接口电路设计：接口电路设计滤波电路、实现内