電磁兼容講義

1、電 磁 兼 容 設(shè)計北京交通大學(xué)電磁兼容實驗室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 電磁感應(yīng)近場 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 共模方式 22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 有用信號都是差模的，騷擾可能是差模的，也可能是共

2、模的?？臻g輻射電磁波 電場天線 高電壓小電流 磁場天線 低電壓大電流 根據(jù)麥克斯韋方程，變化電場產(chǎn)生變化磁場，變化磁場產(chǎn)生變化電場。 設(shè)備內(nèi)每個電路都可能是天線，機(jī)殼和電纜都可能是天線的一部分。設(shè)備內(nèi)天線示意圖信號源傳輸線負(fù)載組成電流環(huán)路，包括信號環(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、電壓低時相當(dāng)于磁場天線；當(dāng)負(fù)載阻抗大、環(huán)路電流小、電壓高時相當(dāng)于電場天線。磁場天線電場天線磁場天線的差模電流輻射 平行雙線環(huán)路在遠(yuǎn)場時的電場強(qiáng)度2222120E/,1,100,50340.8/40/BIAV mEA frAcmImA fMHzrmEdBV mdBV m例：，測量距離超過GB

3、9254規(guī)定的 級產(chǎn)品輻射限值。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 減小有用信號的高次諧波成分。 信息技術(shù)設(shè)備的工作信號是數(shù)字脈沖信號，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鐘頻率的10倍或者為1/tr, tr為脈沖的上升沿時間，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騷擾的頻譜分析（續(xù)）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。 孔縫長度等于半波長的整數(shù)倍時，漏泄能量最大。 對于固定的孔縫長度，頻率越高，泄漏越嚴(yán)重。 機(jī)箱屏蔽的改進(jìn) 設(shè)計中使

4、縫隙尺寸滿足要求: 商用設(shè)備：d/20，20dB 軍用設(shè)備：d環(huán)路電感 共模源 不對稱電場天線。2、電壓驅(qū)動模式： 信號電壓 架空金屬對地的電位差（共模源） 耦合電容C 不對稱電場天線。共模電流輻射的抑制方法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)計與布置 鐵氧體濾波器及其等效電路鐵氧體濾波器及其等效電路 圖圖17 鐵氧體濾波器及其等效電路鐵氧體濾波器及其等效電路抑制原理和注意事項 鐵氧體磁環(huán)在高頻時呈電阻性，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

5、處。 鐵氧體磁環(huán)是否起作用取決于共模天線的阻抗。專用專用EMCEMC地地帶共模去耦器的插座共模濾波 器圖圖15 電源濾波器的典型結(jié)構(gòu)電源濾波器的典型結(jié)構(gòu)濾波器的正確安裝濾波器的正確安裝 圖圖16 電源濾波器的正確安裝電源濾波器的正確安裝采用屏蔽電纜和屏蔽連接器 如果要求傳輸信號的速率較高，邊緣較陡，則串接濾波器就可能把有用信號的高頻部分也濾掉，從而影響信號的正常傳輸。這時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)計與布置 印制電路板設(shè)計 #盡量減小供電環(huán)路和信號環(huán)路的面積；

6、#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。 各部件和電路的安排 相互連接線的布置 設(shè)備內(nèi)的近場電磁耦合 設(shè)備內(nèi)各個環(huán)路之間的電距離較短，一般為近場，近場的場型很復(fù)雜，不易計算，因此相互間的電磁干擾常用： 電容耦合代替電場干擾， 電感耦合代替磁場干擾， 從而把場的問題轉(zhuǎn)化為路的問題，簡化了計算。近場與遠(yuǎn)場的比較遠(yuǎn)場近場1.場強(qiáng)2.方向在傳播方向上有分量3.波阻抗電偶極子是高阻抗場磁偶極子是低阻抗場rHE1,321,1,rrHESHE3770HES近場電磁耦合的抑制方法 減小環(huán)路面積，避免環(huán)套環(huán)。不相容的電路應(yīng)遠(yuǎn)離。不相容的信號線不要平行走線。更

7、不能綁扎在一起。分布在不同層上的信號線走向應(yīng)相互垂直。 采用屏蔽的方法 屏蔽電纜：單端接地-電場屏蔽 雙端接地-磁場屏蔽 雙絞線： 磁場屏蔽 導(dǎo)線的共阻抗耦合 共電源阻抗耦合 解決辦法： #去耦電容； #減少供電線路阻抗； #不相容電路各自供電； 共地線阻抗耦合解決辦法：分地 單點并聯(lián)接地 單點串聯(lián)接地 多點接地傳輸線阻抗對信號完整性的影響 短線（l /20 或 td tr/4 ）振蕩 長線時由于阻抗不匹配產(chǎn)生的反射 地環(huán)路干擾產(chǎn)生原因：地電位差 ，周圍強(qiáng)場。共模騷擾電流在負(fù)載上產(chǎn)生的差模騷擾電 壓，才能起到干擾作用。 地環(huán)路干擾的抑制 采用平衡電路采用平衡電路 隔離變壓器隔離變壓器 共模扼流圈共模扼流圈 光電耦合器光電耦合器 光纖傳輸光纖傳輸敏感設(shè)備受干擾的基本原理 設(shè)備內(nèi)的天線是互易的，既可發(fā)射，也可接受。 空間電磁波的接收： 磁場天線： 電場天線： 對應(yīng)于EMS測量中的：RS，ESD等。 導(dǎo)線傳導(dǎo)騷擾的接收：主要是以共模方式進(jìn)入的騷擾。 對應(yīng)于EMS測量中的：CS，EFT，浪涌等 cos2 fBAe 有效長度Ele 共模傳導(dǎo)騷擾的加入敏感設(shè)備的抗干擾措施 設(shè)備的抗干擾措施和抑制設(shè)備的電磁發(fā)射措施往往是互易的。 正確的屏蔽、濾波、接地、平衡、隔離措施起到