电磁兼容设计要点上课讲义

EMC要求
元器件
电路
设备
都必须互不干扰，正常工作， 达到电磁兼容
系统
构成干扰三要素
骚扰源
传输途径 空间辐射的电磁波
敏感设备
EUT
EUT
传输途径
一、空间辐射
差模电流辐射和共模电流辐射
远场
＞
λ 2π
近场 ＜ λ
2π
二、导线传导
电磁感应 电磁耦合
共阻抗耦合
共电源线
共地线
地环路干扰
地电位差
周围强场
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差模方式 差模方式 共模方式 共模方式
图6-38高速线不应跨越地层隔缝
（a）地层中高速回流的可能途径； （b）高速回流线由于地层隔缝引起的环路面积扩大
•频率越高，辐射越强，尽量 减小有用信号的高次谐波成 分。
信息技术设备的工作信号是数字 脉冲信号，具有很宽的频带，从电 磁兼容角度应该考虑的最高频率为 时钟脉冲的上升沿时间，即脉冲的 前沿越陡峭或脉冲的重复频率越高， 则脉冲包含的高频能量越大。
•设备的共模天线的一极往往是印刷板的地 和机箱，另一极是连接电缆中的地线；由于 线间电容之间的耦合，整条电缆上都污染上 了共模电流。
•连接电缆上的共模电流辐射往往是造成设 备辐射超标的主要原因，机箱无法屏蔽。
图2-28 计算机在3m处的辐射噪声 （a）没有接外射线；（b）接上打印机线
共模电流辐射的判断
抑制原理和注意事项
•铁氧体磁环在高频时呈电阻性，所以能消耗 高频共模电流。
•共模电流在连接线上是有一定分布的，因此 铁氧体磁环应放在电流较高的位置上，一般放 在连接线的引出处。
•铁氧体磁环是否起作用取决于共模天线的阻 抗。
专用EMC地
图14EMC地和共模去耦电容
带共模去耦器的插座
图6-3滤波连接器的结构
共模滤波器
图15电源滤波器的典型结构
滤波器的正确安装
图16电源滤波器的正确安装
采用屏蔽电缆和屏蔽连接器
•如果要求传输信号的速成率较高，边 缘较陡，则串接滤波器就可能把有用 信号的高频部分也滤掉，从而影响信 号的正常传输。这时就只能采用屏蔽 的方法。
•显示窗可使用屏蔽玻璃； •接缝处应良好搭接，缩短连接螺丝的 间距，可使用导电衬垫； •采用波导设计，通风窗可使用波导管。
分布电容和分布电感
•任何二金属间都存在分布电容和电感
各种传输线的分布参数
各种传输线的分布参数（续）
• 分布参数是固有的特性参数，只与二金属的
； 物理尺寸、相对位置有关
• 分布参数是造成EMC问题的主要原因；
者相差2500倍
共模电流辐射的基本模式--电流 驱动和电压驱动
1、电流驱动模式： 信号电流＞环路电感＞共模源＞不对 称电场天线。
图2-29电流驱动产生共模辐射原理图 （a）原理图；（b）等效天线
图2-31电流驱动方式实例图 2-30分地引起的共模辐射
2、电压驱动模式；
信号电压＞架空金属对地的电位差（共模 源） ＞耦合电容C》 ＞不对称电场天线
• 实际设备中，各种元器件、传输线、机箱间 的分布参数很难计算和测量，因此EMC分析 有一定的难度。
LC=με=常数，特性阻抗z。=
电场天线的共模电流辐射
•任何二点间有电位差就是共模源，如果二 点有引线出去就是共模天线。
•当频率达到MHz级时nH的分布电感和pF级 的分布电容都将对共模辐射产生重要影响。
连接电缆
短于
λ 4
的辐射场强：E=
IL60π ，E：I，f
γλ
差模电流辐射和共模电流辐射的 比较示例
•扁平馈线中抽取相邻的两根导线，线长1米， 导线对上分别加以共模和差模电流，在离导 线对3米处按GB 9254规定测量骚扰场强。
•实验表明如果该处场强要达到B类设备的限 值（30~230MHz时为40dBμV/m），则差模 电流要求为20mA，而共模电流只要8 μA，两
图2-32电压驱动产生 共模辐射原理图
图3-33电压驱动方式实例
图7-26开关管和散热片之间的静电屏蔽 （a）接线示意图；（b）实物图
共模电流辐射的抑制方法
•使用铁氧体磁环 •共模去耦电容 •共模电源滤波器 •采用屏蔽电缆、屏蔽连接器 •改进产品内部结构的设计与布置
铁氧体滤波器及其等效电路
图17铁氧体滤波器及其等效电路
平行双线环路在远场时的电场强度
E：A，f 120л2IA
E=
V/M
2
rλ2
例：A=1cm2,I=100mA,f=50MHz,测量距离r=3m
E=40.8dB(μV/m) ＞40dB(μV/m)
超过GB9254规定的B级产品辐射限值。
减小差模电流辐射的措施
尽量 减少 环路 面积
图6-42地线的梳形结构和井字形网状结构 （a)梳形结构；（b）井字形网状结构
电磁兼容设计要点
电磁兼容技术术语
静电放电（ESD）有着不同静电电压的物体在 靠近或接解时引发的静电荷转移。
受试设备EUT（Equipment Under Test）受试 设备（试样）是“待试验或正在试验中的装置、 设备、分系统或系统”
电磁敏感性EMS（ElectroMagnetic Susceptibility）在存在电磁骚扰的情况下，装 置、设备或系统不能避免性能降低的能力
骚扰的频谱分析
矩形脉冲（1V，1μS）的频谱
骚扰的频谱分析（续）
八种脉冲频谱的比较
•采取屏蔽方法
•机箱的屏蔽效能由孔缝直径决定，机 箱孔缝等效于二次发射天线。
•孔缝长度等于半波长的整数倍时，漏 泄能量最大。
•对于固定的孔缝长度，频率越高，泄 漏越严重。
机箱屏蔽的改进
•设计中使缝隙尺寸满足要 商用设备：d＜λ/20,20dB 军用设备：d＜λ/50,28dB
共模和差模
•差模电流：线-线电流：大小相等方向相反 差模电压：线-线间电压 •共模电流：二线间方向相同 共模电压：线-线间电压 •有用信号都是差模的，骚扰可能是差模的， 也可能是共模的。
图2-15共模电流与差模电流的转换
空间辐射电磁波
电场天线 磁场天线
高电压小电流 低电压大电流
根据麦克斯韦方程，变化电场产生变化 磁场，变化磁场产生变化电场。
设备内每个电路都可能是天线，机壳和 电缆都可能是天线的一部分
波阻抗与距离的关系
设备内天线示意图
信号源-传输线-负载组成电流环路，包括信号环路、电 源供电环路、输入和输出环路；
当负载阻抗小、环路电流大、电压低时相当于磁场天 线；
当负载阻抗大、环路电流小、电压高时相当于电场天 线。
磁场天线的差模电流辐射