电磁兼容设计讲座如何让设计的产品符合电磁兼容要求

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电磁兼容设计讲座如何让设计的产品 符合电磁兼容要求
注意
z 要有效地达到搭接的功能,应使搭接的金属紧密地连 接,连接面应均匀、干净,其间不得有非传导性之物质。 固定时应防止变形、震动、摇摆。应尽量将类似金属相搭 接,不得已时可使用垫圈。应尽量使用直接搭接,若情况 不许可时得使用搭接线,惟使用搭接线时应考虑: z ·线之长度愈短愈好,电感电容比愈小愈好; z ·线之电化次序应低于搭接物; z ·长宽比应小于5; z ·应直接与搭接物相接; z ·不得使用自攻螺纹(Self-Tapping Screw)。
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屏蔽
z 屏蔽能有效地抑制通过空间传播的电磁干 扰。采用屏蔽的目的有两个:一是限制内 部的辐射电磁能越过某一区域;二是防止 外来的辐射进入某一区域。
z 屏蔽按其机理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽 和电磁场屏蔽。
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磁场屏蔽的设计要点
z 提高磁场屏蔽效能的主要措施有:
x 选用高导磁率的材料,如坡莫合金; x 增加屏蔽体的壁厚; • 以上两条均是为了减少屏蔽体的磁阻; x 被屏蔽的物体不要安排在紧靠屏蔽体的位置上,以
尽量减少通过被屏蔽物体体内的磁通; x 注意磁屏蔽体的结构设计,凡接缝、通风孔等均可
能增加磁屏蔽体的磁阻,从而降低屏蔽效果。为此, 可以让缝隙或长条形通风孔循着磁场方向分布,这 有利于屏蔽体在磁场方向的磁阻减小;
x 当电磁波在到达屏蔽体表面时,由于空气与金属的交界面上 阻抗的不连续,对入射波产生的反射。这种反射不要求屏蔽 材料必须有一定厚度,只要求交界面上的不连续;
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电磁场屏蔽的机理
H0/E0
H1/E1Baidu Nhomakorabea
电磁场屏蔽的机理
z 电磁屏蔽体对电磁的衰减主要是基于电磁 波的反射和电磁波的吸收两种方式。
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电磁场屏蔽的机理(续〕
与前面已讲述的电场屏蔽及磁场屏蔽的机理不同,电磁屏 蔽对于电磁波的衰减有三种不同的机理:
复合式接地
z 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 低杂讯以及减化施工与节省用料。
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机架系统的接地树(例〕
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保护地 电源地 工作地
背板 背板 背板 背板 背板
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同之回路(Return ),如信号、屏蔽、电源、机壳或组架。 唯这些回路最后可接在一起,然后以单点接地; z 接地面应具有高传导性(Conductivity); z 线路中之元件若经常产生大量的急变电流,则该线路应备 有单独的接地系统,或至少应备有单独之回路,以免影响 其它线路。 z 低能量信号之接地应与其它接地隔离; z 切忌双股电缆分开安装;
z 阴极端(不易受腐蚀)
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铆接及螺纹搭接
y铆接有均匀、省时的优点,但其使用弹性不如以 螺钉搭接,且防蚀能力不如熔接、软硬焊。铆接 时铆孔应与铆钉紧密接合,铆孔边不得有油漆。 z螺 纹 搭 接 时 应 注 意 垫 圈 材 料 的 选 择 及 安 放 位 置 , 通常均戴垫圈(Load Distribution Washer)直接置于螺 栓头(Bolt Head)或壳帽之下,而锁紧垫圈(Lock Washer)则应置于螺帽与均戴垫圈之间。此外,千 万别将带齿锁紧垫圈置于两搭接金属之间。
串联单点接地
x 若系统各线路或装备所产生或需要的能量变化太大, 则不适用串联单点接地,因为高能量的线路或装备所产 生大量的地电位会严重地影响低能量线路或装备的正常 运作。
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并联单点接地
x并联单点接地最大的缺点是耗时费料,由于接地线太多 太长,以至增加各地阻抗,尤其在高频范围中更加严重。
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何时解决EMC
可采取的措施
解决EMC的成本
设计
生产 使用
生产进程
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EMC 三要素
干扰源 敏感设备 传播途径
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EMC设计
z 接地(Grounding)
诚不良之设计较不设计为害更甚。
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搭接的形态
z 直接搭接:即搭接体间之直接连接; z 间接搭接:即搭接体间以金属导线相连,其适合
于 经 常 移 动 的 装 备 , 以 及 将 安 装 防 震 垫 〔Shock Mounts〕的装备,间接搭接时应特别注意共振效 应(Resonant Effect),否则引入杂讯。
z 若信号线路两端接地,则所产生的接地环路易受磁场及地 电位差的干扰;
z 去除接地环路的方法有使用隔离变压器、光电耦合器、差 动放大器、扼流圈。
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搭接的功能
z搭接是在两金属之间建立一低阻抗通路,其目的 在为电流提供一均称的结构体以避免干扰。 z处理良好的搭接能彻底发挥屏蔽与滤波的功能, 减少接地系统中的射频电位差,以及电流环路,并 可防止静电产生,减少雷击与电磁脉冲的危险,同 时能防止人员误遭电击。 z然而未经仔细处理的搭接会增加干扰的程度,此
z 若电能特性相去甚远的两金属欲搭接在一 起,应以介于其间的金属为垫圈置于该两 金属间,
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金属电化次序
z 第一类 z 第二类 z 第三类 z 第四类 z 第五类
z 阳极端(最易受腐蚀) 镁(Mg); 铝(AL)或铝合金;锌(Zn);镉(Cd); 碳钢;铁(Fe);铅(Pb);锡(Sn); 镍(Ni);铬(Cr);不锈钢; 铜(Cu);银(Ag);金(Au);白金(Pt);钛(Ti)。
信号接地
z信号接地除提供参考点之外,同时还可以大 量消除杂讯的干扰。由于杂讯本身的特性, 考虑接地时有不同的处理方法:
z 单点接地 z 多点接地 z复合式接地
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单点接地
z 系统或装备上仅有一点接地,分为: z 串联单点接地; z 并联单点接地;
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z 搭接的方法有熔接(Welding)、硬焊〔Brazing〕、 软 焊 ( Sweating ) 、 砧 接 〔Swaging〕 、 铆 接 (Riveting)以及螺丝连接。
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搭接之处理
z 搭接时,金属面应予以清洁,不得有油漆 或其它杂物,搭接完成后,可涂以油漆或 施以其它之防蚀保护。此外,搭接时应考 虑不同金属之电化效应,并应尽量减少接 触盐水、汽油等,以防电能作用。
磁场屏蔽的机理
z 磁场屏蔽通常是对直流或甚低频磁场的屏蔽,其 效果比对电场屏蔽和电磁场屏蔽要差得多,因此 磁场屏蔽是个棘手的问题。
z 磁场屏蔽主要是依赖高导磁材料所具有的低磁阻, 对磁通起着分路的作用,使得屏蔽体内部的磁场 大大减弱。
H0
H1
磁场屏蔽的机理
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下图即为接地环路的形成:
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打破接地环路的方法
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常用的电缆
z 双绞线 z 同轴电缆 z 带状电缆
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注意之一
z 接地线愈短愈好; z 电缆屏蔽层终接时应环接; z 电子线路中及低频使用时应规划不同的接地系统以配合不
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注意之二
z 低频宜采用单点接地系统,高频应采用多点接地系统; z 良好的接地系统; z 减少由共同导体所引入的杂讯电压,尽量避免产生接地环
路;
z 已接地的放大器接于未接地之电源,其输入导线之屏蔽应 接于放大器之接地点。若未接地之放大器接于接地之电源, 则输入导线之屏蔽应于电源端接地。高增益放大器之屏蔽 应接于放大器之接地点;
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多点接地
在频率低于10MHz时,较适于单点接地。若在高频 (>10MHz)情况下,由于接地线的长度以及接地电路的影 响,故单点接地无法达到去除干扰的效果,此时就得使用 多点接地。此时接地线的长度亦应尽量缩短。下图各接地
点可视为机壳或接地板:
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z 安全接地(Safety Grounding)
z 信号接地
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安全接地(Safety Grounding)
z 安全接地是指接大地(Earthing),也就是将 电气设备的外壳以低阻抗导体连接大当人 员意外触及时不易遭受电击。
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x 屏蔽板的形状对屏蔽效能的高低有明显影响。例如, 全封闭的金属盒可以有最好的电场屏蔽效果,而开孔 或带缝隙的屏蔽盒,其屏蔽效能都会受到不同程度的 影响。此举主要是影响剩余电容C1′的值;
x 屏蔽板的材料以良导体为好,但对厚度并无要求,只 要有足够强度就可以了。
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EMS试验 (GB/T17626.系列)
静电放电抗扰性试验(.2) 射频电磁场辐射抗扰性试验(.3) 电快速瞬变脉冲群抗扰性试验(.4) 雷击浪涌抗扰性试验(.5) 射频场传导抗扰性试验(.6) 工频磁场抗扰性试验(.8) 电压瞬时跌落,短时中断和电压渐 变 的抗扰性试验(.11)
z Electromagnetic Susceptibility
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为什么要考虑EMC?
z 国内外技术壁垒、强制要求 z 产品的可靠性
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EMI试验:(参照CISPR22/GB9254)
传导发射试验 辐射发射试验
注意
z 由于频率的关系,无论何种接地方法均应 尽量缩短接地线,否则其非但增加阻抗, 同时更会产生辐射杂讯,因其作用有如天 线,接地线的长度L<λ/20。
z 不论何种接地法,最大的困扰均起自于地 电流的产生,因此去除地环路就成了设计 者的考验。
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接地环路
z 屏蔽(Shielding)
z 滤波(Filtering)
z 内部设计(PCB板〕
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EMC设计三阶段
z 问题解决阶段 z 规范设计阶段 z 分析预测阶段
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接地(Grounding)
z 接地的目的一是防电击,一是去除干扰。 可将接地分为两大类:
电磁兼容设计讲座如何 让设计的产品符合电磁
兼容要求
2020/11/28
电磁兼容设计讲座如何让设计的产品 符合电磁兼容要求
定义
z 电磁兼容(EMC):
z Electromagnetic Compatibility
z 电磁干扰(EMI):
z Electromagnetic Interference
z 电磁敏感性(EMS〕:
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磁场屏蔽的设计要点(续〕
x 对于强磁场的屏蔽可采用双层磁屏蔽体的结构。对 要屏蔽外部强磁场的,则屏蔽体外层要选用不易磁 饱和的材料,如硅钢等;而内部可选用容易达到饱 和的高导磁材料,如坡莫合金等。反之,如果要屏 蔽内部强磁场时,则材料排列次序要倒过来。在安 装内外两层屏蔽体时,要注意彼此间的磁绝缘。当 没有接地要求时,可用绝缘材料做支撑件。若需要 接地时,可选用非铁磁材料(如铜、铝)做支撑件。 但从屏蔽体能兼有防止电场感应的目的出发,一般 还是要接地的。
电场屏蔽的机理
C1 A
UA
B
A
C3
C2
UB
UA
S
B
C4 C2
图1:电场感应示意图
图2:电场屏蔽作用的分析
电磁兼容设计讲座如何让设计的产品 符合电磁兼容要求
电场屏蔽的设计要点
z为了获得良好的电场屏蔽效果,注意以下几点是必要的:
x 屏蔽板以靠近受保护物为好,而且屏蔽板的接地必须 良好。此举目的是增大C4的值;
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