电磁兼容设计(简介)解读

1、电容法，图7－10 ①、C1：跨接在电动机的两根电源线上，滤除火花放电产 生的高频干扰。 ②、整个电动机被屏蔽,电源线穿过机壳处安装穿心电容， 一方面可以进一 步滤除高频干扰， 另一方面也可增 强屏蔽效果。 电容法中，C1， C2，C3均采用无感电 容器，引线要尽量短， 抑制作用约为20dB。
控制干扰的措施： ①、采用闭环型电感器 ②、屏蔽，对于低频，要选用高磁导率 材料。 二、变压器 1、漏磁干扰 例：一电源变压器（图 7－ 3a）的漏磁干扰。 图７－3b, 沿线包轴线 方向（z方向） 漏磁最 大,沿铁芯方向 (y方向) 漏磁最小。
控制措施 ①、加装漏磁短路环，在线包外面包一层铜皮，图7－ 4, 漏磁通穿过短路环时，在短路环中产生感应涡流，涡 流产生的反向磁通可以抵消部分漏磁，屏蔽效果如图 7－5……，加装短路环后，x方向漏磁最小。
7 2
其中l是导线的长度 (m)。可以通过减小I/O导线（电 缆）的长度、减小共模电流（共模电流一般不是信号电 流）、使用屏蔽电缆等方法控制共模辐射。
加缓冲器
ห้องสมุดไป่ตู้小
A大
A大
地线
设计顺序:clock
bus
普通信号线
20-H原则
• 20－H原则 所有的具有一定电压的印制板都会 向空间辐射电磁能量，为减小这个效应，印制板 的物理尺寸都应该比最靠近的接地板的物理尺寸 小20H，其中H是两个印制板面的间距。按照一般 典型印制板尺寸，20H一般为3mm左右。
LC滤波器中有电感线圈,有可能引入新的干扰,还需要屏蔽。 RC滤波器，R上产生电压降而降低电源电压,并消耗电能。 2、整流二极管产生干扰 二级管正偏时将贮留一定数量的少数载流子，反偏时 贮留的载流子释放时会产生脉冲电流,如图7－14，尖峰脉 冲的幅度、 宽度及波形取决于二级管的特性及电路参数。 尖峰脉冲含有 丰富的高频成 分，是一种重 要的干扰源。
抑制措施：在集电极加一个阻容去耦电路，使电源对信号 呈现低阻抗，如图7－17，Cd是并联的去耦电容（一般是 电解电容器），Zd是串联的阻抗。Cd对信号的阻抗应很小。 Zd应足够大以保证电源为恒流源。
②、功率放大器电路接地回路上的电流比较大，也会对其 他电路产生干扰（通过公共接地回路耦合）。 抑制措施：对于低频电路采用单点接地，如图7－ 17 中所示。 2、调谐放大器 调谐输出级功率放大器抑制 干扰的方法如图7－18所示，分 析方法与功率放大器相似。
②、外部干扰场，透过机壳耦合至电源回路的干扰。 ③、直流电源的纹波电压。 ④、稳压电源中参考电压的变动或元器件参数的变动。 ⑤、开关电源或开关电路、功率控制电路中电流跃变引起 的电源电压的波动。 ⑥、某一部分电路产生的干扰引起流经电源的电流变动。 控制措施：采用RC滤波器或LC滤波器，如图7－13，
131.6 1016 f 2 AI E sin r V /m
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其中：f是信号电流的频率（Hz）, A是环路的面积(m2)，I 是信号电流强度（A），r是观察点到环路中心的距离，θ 是r与环路平面的夹角。可以看出，减小信号环路差模辐射 的有效方法是减小环路的面积。 不同逻辑电路所允许的最 大环路面积如表7－1所示。
9、尽量防止元器件从设备外部引入干扰，或通过元器件 把干扰传播出去。（传导、辐射） 例如：电感器件的布局。 电感器件（例如滤波器中的电感线圈、振荡器中的 线圈、变压器、继电器等）通入变化的电流时会产 生变化的磁通，对邻近的器件或回路产生干扰。所 以，电感性器件，特别是功率电感器件是重要的干 扰源。 ①、图7－21（a）是一个低通滤波器，有3个电感器和2 个电容器，为了使3个电感器互相垂直安装，可以按 图7－21（b）布局，L1安装在一个平面上， L2和 L3 安装在另一个垂直平面上。 也可以安装在不同层面 上，或印刷电路板的两面。
②、对变压器侧面屏蔽，用铁皮，与铁芯绝缘，图7－ 6，屏蔽效果，图7－7。
③、对变压器本身的设计制造也可采取措施，例如选用高 磁导滤材料作铁芯，采用C型铁芯（一般是E型铁芯） 等。
2、电容耦合干扰：变压器的初次级之间的分布电容，可 以使供电电网中感应的高频干扰信号从初级耦合到次 级，从而进入设备。 控制措施：在变压器的初、次级之间增加一层静电屏 蔽，如图7－8，可以用铜箔，也可以 绕一层线圈，一端接地，另一端绝缘。 三、开关和继电器 1、开关产生的干扰 开关闭合和断开时，会产 生很大的dI/dt或dV/dt，即电 流或电压的突变，产生宽带的 高频干扰。开关负载的功率越 大，干扰也越大。对于电感性 电路，电流突然切断会产生很
例如：两个线圈的轴向不应平行，应垂直。 两个线圈必须平行安装时，要尽量拉开距离以 减小两线圈之间的互感耦合。 5、非辐射元器件或同一级中的元器件，应尽量靠近，以 减小公共地阻抗耦合，使用较大的地平面以减小地线 阻抗。 6、尽量减小电流回路的面积（减小辐射回路面积或接受 回路面积） 7、留一定的空间以便对一些器件采取屏蔽措施。 例如：产生辐射干扰的器件：小电动机、继电器、线 圈……， 敏感器件：高频头……。 8、逻辑器件是一种产生干扰的元件，其辐射干扰的控制 原则与电感器件相同。
例：实验表明，TTL器件（晶体管－晶体管逻辑电路）的干 扰水平高，CMOS器件（互补金属氧化物逻辑电路） 的干扰水平低，原因： TTL的速度较快（上升时间约为10ns），电流跳变的 幅度较大（约16mA）， CMOS的速度较慢（上升时间约为50～100ns），电 流跳变的幅度较小（约10mA）。 不需要高速器件，就不要选用高速器件，以免产生过 多的干扰。 ②、选用抗扰度高的器件 一般，逻辑电路的速度越低，响应越慢，触发阈值越 高，抗扰度也越高。
第七章 电磁兼容设计（简介）
7－1概述 在电子、电气设备的设计中必须进行电磁兼容设计， 电磁兼容设计包括：元器件的选择，电路的设计和布线， 设备结构的设计，屏蔽、滤波、接地和搭接技术的应用等。 1、EMC设计的目的 ①、设备内部的电路、器件不互相干扰。 ②、设备产生的电磁干扰强度低于规定的限值。 ③、设备具有一定的抗干扰能力。 2、设计的主要参数， 对于系统、各设备、各器件： ①、抗扰度允许值（电磁敏感度阈值） 3－1－2 ②、电磁兼容安全系数 3－1－3
表7－1 不同逻辑电路所允许的最大环路面积
逻辑器 件系列 上升时间 （ns） 电流 （mA）
不同频率下允许的环路面积（cm2） 4MHz 10MHz 30MHz 100MHz
4000B
40
6
1000
400
74HC 74LS 74AC 74F 74AS
6 6 3.5 3 1.4
20 50 80 80 120
控制方法（采用下面之一的措施） ①、每个整流二级管并联一旁路电容， ②、每个整流二级管串联一个电阻， ③、每个整流二级管的两端各接一高频旁路电容至地。 ④、采用软恢复二极管。 二、线路板上的共模辐射 和差模辐射 1、线路板上信号环路的 辐射是差模辐射，如 图7－15所示。 信号 环路相当于小环天线，差模辐射的电场强度为：
2、电容－铁氧体磁 环法 (图7－11) 在电容法的基础 上，加套铁氧体磁环。 铁氧体磁环是损耗滤 波器,可以滤除1MHz 以上的干扰信号。 五、逻辑电路器件 数字电路中的基本器件 逻辑电路器件是干扰源：工作时其电平状态迅速改变， 不但在公共电源线和地线中产生传导干扰，还会产生辐射 干扰。
逻辑电路器件也是敏感设备:受到干扰可能被误触发。 使用逻辑电路器件时，必须了解它可能产生的干扰， 以及自身的抗干扰能力。 例如，一个逻辑电路的脉冲信号值为16mA，上升时 间为15ns，地线分布电感为0.5μH，在地线上产生的干扰 电压为 dI U L 1.6V dt 这个干扰电压，可能通过传导干扰其它电路的正常工作。 逻辑电路的开关越快，幅值越大，干扰就越大，波形越陡， 干扰信号的频谱越宽。 控制措施 1、正确选择逻辑电路器件 ①、选择干扰水平低的器件
7－3，电路的干扰及控制 一、电源的干扰及控制 1、来自电源的干扰， 图7－12 由于存在共阻抗RS (电源内阻、线路阻抗)， 电源上存在的干扰可以 加到各单元电路上，任 何一个单元电路产生的 干扰电流Ii, 也会在RS上 产生干扰电压 IiRS 加到其它单元电路上。来自电源的干扰 包括： ①、从电源线引入的干扰。
50 20 5.5 5.5 2
45 18 2.2 2.2 0.8
18 7.2 0.75 0.75 3
6 2.4 0.25 0.25 0.15
2、线路板上I/O导线（电缆）的辐射是共模辐射，仍如 图7－15所示。I/O导线（电缆）相当于单极天线，共 模辐射的电场强度为：
4 107 fIl E sin r
与I的上 升时间 及线长 有关 D要大 H要小
7－4 电路的布局和配线 电路的布局和配线的设计是一个十分重要的环节，如 果元器件布局不当或电路配线不当，都会导致严重的干扰 或收不到预期的 抗干扰效果。 一、元器件的布 局 作EMC设计 时，基本元器件 的等效电路如图 7－20所示。
元器件的布局主要是减小设备内部各元器件干扰的互 相影响和配线的合理性，作为一般的原则，主要有: 1、产生干扰的元器件和敏感元器件要尽量分开。 2、低电平级和高电平级的元器件，低功率级和高功率级 的元器件，应按输入和输出方向顺序排列，避免将高 电平、高功率的信号耦合至低电平、低功率的器件， 造成反馈干扰。 3、尽量减小元器件之间的电容耦合(改变元器件的方向、 相对面积……）。 4、尽量减小元器件之间的电感耦合。 ①、引线要短，避免长距离平行走线。 ②、产生变化磁通的元器件，要尽量避免对其它元器件和 回路产生干扰。
二、单元电路的干扰及控制 不论是来自设备外部，还是来自设备内部的干扰都会 对电路产生影响，对于不同的单元电路，控制干扰的方法 有所不同。 1、功率放大器 ①、图7－16是一个一般的放大器电路，用作功率放大器 时，输出电流比较大，当输出电流流过电源时, 在电 源内阻上产生电压降，会对所有与此电源相连的电 路产生干扰（通过公用电源内阻耦合）。
dI
可以使感应电动势衰减。 R过大，仍有电弧产生，R过小，
常态时（无开、关动作）R上的功率损耗过大。
②、R－C型 LCR电路（电阻型的改进电路） K断开时，电感向电容器充电，抑制开关触点两端的 浪涌电压，可避免电弧发生，常态时，电容相当于开 路状态，电阻R上没有电流，也没有功率损耗。（优 于电阻型……） ③、D－R型 K断开时，电感上的瞬时感应电压（下端为正）使二 极管导通，相当于（a），可拟制电弧。常态时（上 端为正）二级管不导通，不消耗功率。 ④、背对背的二极管型 两个齐纳二极管 齐纳二极管（稳定二极管）在达到临界反向击穿电压 前反向电阻都很高，在临界击穿点上，反向电阻变得 很小，电流增大而电压保持恒定。
高的瞬态感应电压， ui L 引起电弧放电，产生电磁 dt 干扰。 2、继电器产生的干扰 继电器中有线圈和铁芯，电感比较大，电流突然切断 产生的瞬态感应电压，可达电源电压的10～20倍，会在接 触处产生电弧放电，引起传导干扰和辐射干扰。触点闭合 时，会发生反弹断开，再闭合……，反复几次，也会产生 干扰，在数字电路中会引起数据的错误。 3、控制措施，几种常用的电弧抑制电路，图7－9。 ①、电阻型 K断开，产生感应电动势，LR电路中出现阻尼衰减振 荡
3、EMC设计的内容 ⑴、电气设计 ①、各元器件的干扰控制和抗干扰措施 屏蔽技术、滤波技术、接地技术的应用 ②、元器件的布局、导线的敷设等 ⑵、结构设计：机箱的屏蔽，包括通风口、缝隙、表头、 显示器、指示灯等处的处理。
7－2 一些元器件产生的干扰及控制 一、电感器，各种线圈（磁芯、空气芯） 电感器是抑制干扰的元件（滤波电路中……），也是 产生干扰的元件，磁场干扰……，磁芯电感可分为开环型 和闭环形，图7－1。常见的电感器如图7－2所示。（电感 量的估算 ）
K断开时，电感上的瞬时感应电压很高，一个二极管 反向击穿，一个正向导通，电阻很小，可抑制电弧。 常态时总有一个二极管不导通，不消耗功率，这种电 路既适用于交流，也适用于直流。 ⑤、R－C－D型 在R－C型电路中R两端并联一个二极管。常态时二极 管不导通，与R－C型电路相同，K断开时，电感上的 瞬时电压，（下端为正）可通过C和二极管释放，抑 制电弧。 四、小型电动机 带动风扇和机械装置 整流子的电刷产生的火花放电引起干扰，主要频率在 100K～1MHz，谐波频谱可达100 MHz，控制措施：