电磁兼容设计讲座电磁兼容讲座系列定义电磁兼容(EMC):设备在规定的电磁环境中正常工作而不对该环境或其它设备造成不允许的扰动的能力.ElectromagneticCompatibility电磁干扰(EMI):使电器设备或电子装置性能下降,工作不正常或发生故障的电磁扰动.ElectromagneticInterference电磁敏感性(EMS〕:设备在电磁环境中耐受干扰的能力.ElectromagneticSusceptibility为什么要考虑EMC?国内外技术壁垒、强制要求产品的可靠性IEC:InternationalElectrotechnicalCommission(IEC61000-4series)CISPER:InternationalSpecialCommitteeonRadioInterferenceITU:InternationalTelecommunicationUnionETSI:EuropeanTelecommunicationsStandardsInstituteEN:EuroNorm-----CEmarkFCC:FederalCommunicationCommissionEMI试验:(参照CISPR22及EN55022)传导发射试验辐射发射试验EMS试验(参照IEC61000-4系列标准)静电放电抗扰性试验射频电磁场辐射抗扰性试验电快速瞬变脉冲群抗扰性试验雷击浪涌抗扰性试验射频场传导抗扰性试验电压瞬时跌落,短时中断和电压渐变的抗扰性试验通讯设备抗扰度试验项目的选择取决因素:产品族标准或用户特别要求影响设备工作的干扰类别,根据设备的工作状态决定可能出现的几种干扰环境条件(电磁环境和安装条件),根据设备的使用环境条件进行试验项目的选择产品所要求的性能与可靠性,一般在系统设计时提出严酷度等级的选择与特定环境条件下的可靠性要求有关.与特定环境条件下的骚扰水平有关,这里包括电磁骚扰源的情况及安装条件(如辐射抗扰性试验与屏蔽和接地有关,雷击浪涌抗扰性试验与过压保护措施有关,静电抗扰性与环境湿度有关等).成本方面的考虑,制定过高的严酷度水平必然要在设计中增加成本,在项目中投入更多的人力与物力.试验结果评估在试验过程中,设备的工作完全正常.在试验中,设备受干扰影响产生了暂时性的功能降低.但撤消干扰后,设备的功能可以自动恢复正常.在试验中,设备受干扰影响产生了暂时性的功能降低,但干扰撤消后,设备的功能需要人工复位后方能恢复.在试验中,受干扰的设备产生了不可逆转的损伤.包括元器件的损伤,软件或数据丢失等.传导发射试验(参照CISPR22)用途:用于考察被测设备通过电源线及信号线对与之相连的主电源及其它信息设备的传导干扰.考察对象:电源线,信号线考察频段:0.15–30MHz.传导发射试验限值分级通信产品属于信息技术设备(ITE).发射试验主要依照CISPR22标准.信息技术设备分成A,B两级B级设备主要用于家用环境,可以包括无固定使用地点的设备,如用电池供电的便携设备由通信网络供电的通信终端设备个人计算机和辅助连接设备A级设备是其它所有信息技术设备的集合LISNReceiverEUTMainsSupply传导发射设置B级(用于民用、通信类产品)限值(dBuV)频率范围(MHz)准峰值QP平均值AV0.15–0.5066–5656–460.50–556465–306050A级(用于其它类产品)限值(dBuV)频率范围(MHz)准峰值QP平均值AV0.15–0.5079660.50–307360传导发射限值辐射发射试验(参照CISPR22)用途:用于考察被测设备通过机壳和各个端口对空间其它设备的发射干扰考察对象:整机考察频段:30–1000MHzEUTDirectWaveGroundReflectedWaveReceiver辐射发射测试(开阔场)辐射发射试验设置(电波暗室)辐射发射限值B级(10m)频率范围(MHz)准峰值限值QP(dBuV/m)30–23030230–100037A级(10m)频率范围(MHz)准峰值限值QP(dBuV/m)30–23040230–100047如用3m法测试在相应限值上加10dB静电放电抗扰性试验(参照IEC61000-4-2)试验目的:用以模拟操作人员或物体接触设备时的放电及人或物体对邻近物体的放电,以考察被试设备抵抗静电放电干扰能力.前者是通过导体直接耦合,属于直接放电影响.后者是通过空间辐射耦合,属于间接放电影响.静电抗扰度试验考察对象用户在使用中可能触及到的任何地方,包括任何带电维护和校正时才可能触及到的地方.如:指示灯,按键,机壳,面板,螺丝水平耦合板(台式设备)垂直耦合板(台式设备,立式设备)静电试验等级接触放电空气放电等级试验电压(KV)等级试验电压(KV)12122424363848415X特殊X特殊静电输出波形台式设备试验设置立式设备试验设置射频电磁场辐射抗扰性试验(参照IEC61000-4-3)试验目的:用以评定电子,电器设备或系统受到电磁辐射干扰时的性能.考察对象:整机考察频段:80–1000MHz,1KHz80%幅度调制LoadEUTgeneratorAbsorberSeptum辐射抗扰性试验设置辐射抗扰性试验等级等级试验场强V/m1123310X特定电快速瞬变脉冲群抗扰性试验(参照IEC61000-4-4)试验目的:用以评估电气和电子设备的供电电源端口,信号和控制端口在受到重复的快速瞬变脉冲群干扰时的性能,验证电气和电子设备对来自操作暂态过程(如开断感性负荷,继电器触头弹跳等)中的各种类型瞬变扰动的抗扰性.考察对象:电源端口,保护地,信号端口和控制端口电快速瞬变脉冲群试验等级电源和保护地端口信号和控制端口等级电压峰值(KV)重复率(KHz)电压峰值(KV)重复率(KHz)10.550.2552150.5532515442.5255特殊特殊特殊特殊雷击浪涌抗扰性(参照IEC61000-4-5)试验目的:用以评估设备遭受电力线路和互联线路上大能量骚扰的性能,不考虑直接雷击考察对象:电源口,信号口和控制口雷击试验等级等级开路试验电压(KV)10.521.032.044.0X特殊雷击脉冲参数1.2/50–8/20s混合波1.2/50s为开路电压波形,8/20s为短路电流波形一般用于电源口和控制口的测试CCITT的10/700s通信波一般用于通信口的测试试验次数:正负极性各5次重复率:每分钟1次射频场传导抗扰性试验(参照IEC61000-4-6)试验目的:用以评估设备对来自射频发射机的电磁场作用于电气,电子设备的电源线,通信线,接口电缆等连接线路上传导干扰的抗扰性.考察对象:电源线,通信线考察频段:0.15–80MHz,1KHz80%幅度调制传导抗扰性试验等级电压水平等级U(dBuV)U(V)1120121303314010X待定待定电压瞬时跌落,短时中断和电压渐变的抗扰性试验(IEC61000-4-11)试验目的:用以考察电气电子设备由于供电电网,变电设备发生故障或负荷突然发生大的变动而引起电网中电压瞬时跌落,短时中断和电压渐变影响的抗扰性试验对象:交流电源电压跌落和短时中断试验参数试验等级电压跌落和短时中断持续时间(周期)0%100%40%60%70%30%0.515102550X典型中断电压波形何时解决EMC生产进程可采取的措施解决EMC的成本设计生产使用EMC三要素干扰源敏感设备传播途径EMC设计接地(Grounding)屏蔽(Shielding)滤波(Filtering)内部设计(PCB板〕EMC设计三阶段问题解决阶段规范设计阶段分析预测阶段接地接地(Grounding)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:安全接地(SafetyGrounding)信号接地安全接地(SafetyGrounding)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。信号接地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:单点接地多点接地复合式接地单点接地系统或装备上仅有一点接地,分为:串联单点接地;并联单点接地;串联单点接地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。并联单点接地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。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:复合式接地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。机架系统的接地树(例〕背板背板背板背板背板工作地电源地保护地接地环路下图即为接地环路的形成:打破接地环路的方法常用的电缆双绞线同轴电缆带状电缆搭接搭接的功能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。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。然而未经仔细处理的搭接会增加干扰的程度,此诚不良之设计较不设计为害更甚。搭接的形态直接搭接:即搭接体间之直接连接;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〔ShockMounts〕的装备,间接搭接时应特别注意共振效应(ResonantEffect),否则引入杂讯。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。搭接之处理搭接时,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。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,金属电化次序阳极端(最易受腐蚀)第一类镁(Mg);第二类铝(AL)或铝合金;锌(Zn);镉(Cd);第三类碳钢;铁(Fe);铅(Pb);锡(Sn);第四类镍(Ni);铬(Cr);不锈钢;第五类铜(Cu);银(Ag);金(Au);白金(Pt);钛(Ti)。阴极端(不易受腐蚀)铆接及螺纹搭接铆接有均匀、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。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(LoadDistributionWasher)直接置于螺栓头(BoltHead)或壳帽之下,而锁紧垫圈(LockWasher)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。屏蔽屏蔽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。屏蔽按其机理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。电场屏蔽的机理ABUCCCU211ABUCCCCU42'1'1'AABBC1C2UAUBUASC2C3C4图1:电场感应示意图图2:电场屏蔽作用的分析'BU磁场屏蔽的机理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。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。H1