電磁兼容講義

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1、電磁兼容設(shè)計(jì)沙斐北京交通大學(xué)電磁兼容實(shí)驗(yàn)室2005年9月EMC要求元器件電路設(shè)備系統(tǒng)都必須互不干擾，正常工作，達(dá)到電磁兼容。構(gòu)成干擾三要素EUTEUT騷擾源傳輸途徑敏感設(shè)備空間輻射的電磁波導(dǎo)線傳導(dǎo)的電壓電流傳輸途徑一.空間輻射差模電流輻射和共模電流輻射遠(yuǎn)場(chǎng)電磁感應(yīng)近場(chǎng)電磁耦合二.導(dǎo)線傳導(dǎo)共阻抗耦合共電源線差模方式共地線差模方式地環(huán)路干擾地電位差共模方式周圍強(qiáng)場(chǎng)共模方式共模和差模差模電流：線-線電流：大小相等方向相反差模電壓：線-線間電壓共模電流：二線間方向相同共模電壓：線-線間電壓有用信號(hào)都是差模的，騷擾可能是差模的，也可能是共模的?？臻g輻射電磁波電場(chǎng)天線高電壓小電流磁場(chǎng)天線低

2、電壓大電流根據(jù)麥克斯韋方程，變化電場(chǎng)產(chǎn)生變化磁場(chǎng)，變化磁場(chǎng)產(chǎn)生變化電場(chǎng)。設(shè)備內(nèi)每個(gè)電路都可能是天線，機(jī)殼和電纜都可能是天線的一部分。設(shè)備內(nèi)天線示意圖信號(hào)源－傳輸線－負(fù)載組成電流環(huán)路，包括信號(hào)環(huán)路、電源供電環(huán)路、輸入和輸出環(huán)路；當(dāng)負(fù)載阻抗小、環(huán)路電流大、電壓低時(shí)相當(dāng)于磁場(chǎng)天線；當(dāng)負(fù)載阻抗大、環(huán)路電流小、電壓高時(shí)相當(dāng)于電場(chǎng)天線。磁場(chǎng)天線電場(chǎng)天線磁場(chǎng)天線的差模電流輻射平行雙線環(huán)路在遠(yuǎn)場(chǎng)時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度減小差模電流輻射的措施盡量減小環(huán)路面積頻率越高，輻射越強(qiáng)，盡量減小有用信號(hào)的高次諧波成分。信息技術(shù)設(shè)備的工作信號(hào)是數(shù)字脈沖信號(hào)，具有很寬的頻帶，從電磁兼容角度應(yīng)該考慮的最高頻率為時(shí)鐘頻率的1

3、0倍或者為1/πtr,tr為脈沖的上升沿時(shí)間，即脈沖的前沿越陡峭或脈沖的重復(fù)頻率越高，則脈沖包含的高頻能量越大。騷擾的頻譜分析騷擾的頻譜分析（續(xù)）采取屏蔽方法機(jī)箱的屏蔽效能由孔縫直徑?jīng)Q定，機(jī)箱孔縫等效于二次發(fā)射天線?？卓p長(zhǎng)度等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，漏泄能量最大。對(duì)于固定的孔縫長(zhǎng)度，頻率越高，泄漏越嚴(yán)重。機(jī)箱屏蔽的改進(jìn)設(shè)計(jì)中使縫隙尺寸滿足要求:商用設(shè)備：d<λ/20，20dB軍用設(shè)備：d<λ/50，28dB顯示窗可使用屏蔽玻璃；接縫處應(yīng)良好搭接，縮短連接螺絲的間距，可使用導(dǎo)電襯墊；采用波導(dǎo)設(shè)計(jì),通風(fēng)窗可使用波導(dǎo)管。分布電容和分布電感任何二金屬間都存在分布電容和電感：+Q-QVE各種

4、傳輸線的分布參數(shù)各種傳輸線的分布參數(shù)（續(xù)）分布參數(shù)是固有的特性參數(shù)，只與二金屬的物理尺寸、相對(duì)位置有關(guān)；分布參數(shù)是造成EMC問題的主要原因；實(shí)際設(shè)備中，各種元器件、傳輸線、機(jī)箱間的分布參數(shù)很難計(jì)算和測(cè)量，因此EMC分析有一定難度。電場(chǎng)天線的共模電流輻射任何二點(diǎn)間有電位差就是共模源，如果二點(diǎn)有引線出去就是共模天線。當(dāng)頻率達(dá)到MHz級(jí)時(shí)nH的分布電感和pF級(jí)的分布電容都將對(duì)共模輻射產(chǎn)生重要影響。設(shè)備的共模天線的一極往往是印刷板的地和機(jī)箱，另一極是連接電纜中的地線；由于線間電容之間的耦合，整條電纜上都污染上了共模電流。連接電纜上的共模電流輻射往往是造成設(shè)備輻射超標(biāo)的主要原因，機(jī)箱無法

5、屏蔽。共模電流輻射的判斷差模電流輻射和共模電流輻射的比較示例扁平饋線中抽取相鄰的兩根導(dǎo)線，線長(zhǎng)1米，導(dǎo)線對(duì)上分別加以共模和差模電流，在離導(dǎo)線對(duì)3米處按GB9254規(guī)定測(cè)量騷擾場(chǎng)強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)表明如果該處場(chǎng)強(qiáng)要達(dá)到B類設(shè)備的限值（30～230MHz時(shí)為40dBμV/m）,則差模電流要求為20mA，而共模電流只要8μA，兩者相差2500倍。產(chǎn)生共模電流輻射的條件共模源--由差模源（有用信號(hào)源）驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生基本驅(qū)動(dòng)模式：*電流驅(qū)動(dòng)模式*電壓驅(qū)動(dòng)模式共模天線--不對(duì)稱振子天線*設(shè)備的外部連接線*設(shè)備內(nèi)部印刷板的地線、電源面、機(jī)殼、散熱片、金屬支撐架等等共模電流輻射的基本模式--電流驅(qū)動(dòng)和電壓驅(qū)

6、動(dòng)1、電流驅(qū)動(dòng)模式：信號(hào)電流>環(huán)路電感>共模源>不對(duì)稱電場(chǎng)天線。2、電壓驅(qū)動(dòng)模式：信號(hào)電壓>架空金屬對(duì)地的電位差（共模源）>耦合電容C>不對(duì)稱電場(chǎng)天線。共模電流輻射的抑制方法使用鐵氧體磁環(huán)共模去耦電容共模電源濾波器采用屏蔽電纜、屏敝連接器改進(jìn)產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與布置鐵氧體濾波器及其等效電路圖17鐵氧體濾波器及其等效電路抑制原理和注意事項(xiàng)鐵氧體磁環(huán)在高頻時(shí)呈電阻性，所以能消耗高頻共模電流。共模電流在連接線上是有一定分布的，因此鐵氧體磁環(huán)應(yīng)放在電流較高的位置上，一般放在連接線的引出處。鐵氧體磁環(huán)是否起作用取決于共模天線的阻抗。專用EMC地帶共模去耦器的插座共模濾波器圖15電源濾波器

7、的典型結(jié)構(gòu)濾波器的正確安裝圖16電源濾波器的正確安裝采用屏蔽電纜和屏蔽連接器如果要求傳輸信號(hào)的速率較高，邊緣較陡，則串接濾波器就可能把有用信號(hào)的高頻部分也濾掉，從而影響信號(hào)的正常傳輸。這時(shí)就只能采用屏蔽的方法。屏蔽層應(yīng)保持電連續(xù)性和一致性，要求電纜屏蔽層和連接器插頭的金屬外殼要有360度的完整搭接，不能出現(xiàn)“豬尾巴”現(xiàn)象。改進(jìn)產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與布置印制電路板設(shè)計(jì)#盡量減小供電環(huán)路和信號(hào)環(huán)路的面積；#盡量減小回流地線的阻抗；#在PCB的上方不允許有任何電氣上沒有連接并懸空的金屬存在等等。各部