電磁兼容性結(jié)構設計基礎演示文稿

電磁兼容性結(jié)構設計基礎演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有49頁\編輯于星期日電磁兼容性結(jié)構設計基礎現(xiàn)在是2頁\一共有49頁\編輯于星期日1.EMC(電磁兼容性)概述現(xiàn)在是3頁\一共有49頁\編輯于星期日1.1電子系統(tǒng)的電磁兼容性EMC(電磁兼容性)技術的早期僅僅考慮對無線電通信、廣播有影響的射頻干擾。隨著干擾源范圍的擴大及電磁能量應用形式的增多，電磁騷擾不在局限于輻射，還要考慮感應、耦合和傳導等引起的電磁干擾。電磁干擾除影響電子系統(tǒng)和設備的正常工作外，對人體健康也會造成有害的影響?，F(xiàn)在是4頁\一共有49頁\編輯于星期日電磁兼容性定義電磁兼容性研究中經(jīng)常涉及以下術語a.電磁騷擾與電磁干擾-----電磁騷擾是指任何可能引起器件、設備或系統(tǒng)性能降低的電磁現(xiàn)象，電磁騷擾可能是電磁噪聲、無用信號或傳播媒介本身的變化；電磁干擾強調(diào)的是電磁騷擾現(xiàn)象所造成的后果。平時人們不予嚴格區(qū)分，統(tǒng)稱為電磁干擾（EMI）.現(xiàn)在是5頁\一共有49頁\編輯于星期日b.抗干擾度與電磁敏感度------抗干擾度是指存在電磁騷擾的情況下，器件、設備或系統(tǒng)性能不降低條件下的正常運轉(zhuǎn)能力；敏感度衡量的是電子設備或分系統(tǒng)對電磁環(huán)境所呈現(xiàn)的不希望有響應程度。敏感度閾值越小，抗擾度越差。多用電磁敏感度表示（EMS）C.電磁兼容性------器件、設備或系統(tǒng)在所處電磁環(huán)境中良好運行，并且不對其所在環(huán)境產(chǎn)生任何難以承受的電磁騷擾的能力。EMC涵蓋了EMI、EMS兩方面。為實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)設備互不干擾、兼容運行，既要控制騷擾源的電磁發(fā)射，又要提高受騷擾對象的抗擾度?，F(xiàn)在是6頁\一共有49頁\編輯于星期日1.2電磁干擾三要素任何一對復雜系統(tǒng)或裝置之間的電磁騷擾和響應過程，均可簡化為用輻射發(fā)射和傳導發(fā)射來描述騷擾源；用輻射抗擾度和傳導抗擾度來描述感受器。是否造成危害，還受耦合途徑的制約。1).騷擾源騷擾源可分為自然騷擾源和人為騷擾源a.自然騷擾源包括地球上各處的雷雨、閃電產(chǎn)生的天電噪聲，太陽黑子爆炸和活動產(chǎn)生的噪聲以及銀河系的宇宙噪聲。b.人為騷擾是由機電或其他人工裝置產(chǎn)生的電磁騷擾，騷擾源包括：各種無線電發(fā)射裝置、各種射頻設備；高壓設備、家用電器等等。隨著科技的進步人為騷擾源會越來越多?，F(xiàn)在是7頁\一共有49頁\編輯于星期日c.靜電當兩種介電常數(shù)不同的絕緣材料直接接觸,特別是相互摩擦時,兩者間會發(fā)生電荷的轉(zhuǎn)移而各自帶有不同的電荷,這種現(xiàn)象稱為靜電充電.人體同樣也會發(fā)生靜電充電,氣候愈干燥,感應的電荷量愈大.一般人體的充電電壓可達20KV,當帶有靜電高壓的人員觸及電子設備時,就會發(fā)生放電現(xiàn)象,放電火花產(chǎn)生的電磁干擾會使電子系統(tǒng)失靈或發(fā)生故障.消除靜電危害宜采取以下措施:采用導電纖維編織的地毯或抗靜電地板;操作人員穿著防靜電工作服和工作鞋,并戴上接地的導電手鐲;把空氣的相對濕度增加到60％--70％,借助加大潮氣的含量來增加絕緣材料的導電率,防止靜電積累.將系統(tǒng)或設備內(nèi)所有的金屬構件用導電條連接起來,消除系統(tǒng)中任何兩個金屬物體之間由靜電感應而引起的電位差.現(xiàn)在是8頁\一共有49頁\編輯于星期日2).電磁騷擾的傳播a.傳導干擾沿電源線或信號線傳輸?shù)碾姶膨}擾稱為傳導干擾.電子系統(tǒng)內(nèi)各單元電路之間存在各種連線,如電源線、信號互連線及公共地線等，就有可能使一個設備的電磁能量沿著這類導線傳輸?shù)脚B設備和單元電路，造成干擾。b.輻射干擾輻射干擾是指通過空間傳導的電磁騷擾。騷擾源的電路、輸入輸出信號電路和控制電路的導線在一定條件下都可構成輻射天線，當騷擾源的外殼流過高頻電流時，外殼本身也就成為輻射天線?，F(xiàn)在是9頁\一共有49頁\編輯于星期日現(xiàn)在是10頁\一共有49頁\編輯于星期日3）電子設備電磁兼容性設計的基本要求a.優(yōu)化信號設計傳輸信息的電信號需要占用一定的頻譜。為盡量減小干擾，對有用信號應規(guī)定必要的最小占用帶寬，這有賴于優(yōu)化信號波形。b.完善線路設計應設計和選用自身發(fā)射小、抗干擾能力強的電子線路作為電子設備的單元電路。C.屏蔽用屏蔽體將干擾源包封起來，可以防止干擾電磁場通過空間向外傳播；反之，用屏蔽體將感受器包封，就可以使感受器免受外界空間電磁場的影響。屏蔽技術雖然能有效地阻斷電磁干擾的傳播通道，但是它又可能使設備的通風散熱困難、維修不便，并導致重量、體積和成本的增加。所以應采用合理的措施，以最佳的效/費比來滿足電磁兼容性的要求。現(xiàn)在是11頁\一共有49頁\編輯于星期日d.接地與搭接不管是否與大地有實際連接，只要為電源和信號電流提供了回路和基準電位，就通稱為接地。電子設備接地是抑制噪聲和防止干擾的重要措施之一。設計中如能周密設計地線系統(tǒng)，綜合使用接地、濾波和屏蔽等措施，往往可事半功倍，有效地提高設備的電磁兼容性。e.濾波濾波是借助抑制元件將有用信號頻譜以外不希望通過的能量加以抑制。它既可以抑制干擾源的發(fā)射，又可以抑制干擾源頻譜分量對敏感設備、電路或元件的影響。濾波雖能十分有效地抑制傳導干擾，但制造大容量、寬頻帶的抗電磁干擾濾波器的代價非常昂貴。

現(xiàn)在是12頁\一共有49頁\編輯于星期日f.合理布局合理布局包括系統(tǒng)設備內(nèi)各單元之間的相對位置和電纜走線等，其基本原則是使感受器和干擾源盡可能遠離，輸入與輸出端口妥善分隔，高電平電纜及脈沖引線與低電平電纜分別敷設。通過合理布局能使相互干擾減小到最小程度而又費用不多。現(xiàn)在是13頁\一共有49頁\編輯于星期日2.EMC(電磁兼容性)的屏蔽設計現(xiàn)在是14頁\一共有49頁\編輯于星期日概述：用導電或?qū)Т挪牧现瞥傻挠靡砸种齐妶?、磁場及電磁場干擾的盒、殼、板和柵、網(wǎng)、管等稱為屏蔽。屏蔽有兩個目的，一是限制內(nèi)部的輻射電磁能量泄露，二是防止外來的輻射干擾進入某一區(qū)域。根據(jù)其抑制功能的不同，屏蔽可分為：電屏蔽---對靜電場或交變電場的屏蔽磁屏蔽---對恒磁場或交變磁場的屏蔽電磁屏蔽---對電磁場的屏蔽現(xiàn)在是15頁\一共有49頁\編輯于星期日2.1電場屏蔽a.原理---電場的屏蔽是在干擾源和敏感單元之間設置良好接地的金屬屏障,就可以抑制干擾源電場對敏感單元的影響.現(xiàn)在是16頁\一共有49頁\編輯于星期日b.電屏蔽的設計要點1)屏蔽體必須良好接地---接地電阻一般應小于2mΩ,嚴格的場合應小于0.5mΩ.為減小接地電阻,可選用橫截面和周長較大的導線.為減小接地線的感抗,要盡量減少導線的長度.2)正確選擇接地點---屏蔽體的接地點應靠近被屏蔽的低電平元件的入地點,避免低電平電路的地線流過較大的地電流.3)合理設計屏蔽體的形狀---用全封閉的盒體最好.4)選擇導電性能好的導體做屏蔽體,如銅、鋁等。高頻時，屏蔽體表面鍍銀?，F(xiàn)在是17頁\一共有49頁\編輯于星期日c.電場屏蔽的結(jié)構1)單層蓋結(jié)構---屏蔽體用單層蓋的屏蔽盒,為減少盒體與盒蓋的接觸電阻應盡量增加盒體與盒蓋間的接觸面積.現(xiàn)在是18頁\一共有49頁\編輯于星期日2)雙層蓋結(jié)構---采用雙層屏蔽蓋結(jié)構可以進一步提高屏蔽的效能.此時盒體的內(nèi)表面與內(nèi)屏蔽蓋構成一個屏蔽盒,而盒體的外表面與外層屏蔽蓋又構成了另一個屏蔽盒.因此,可以大大提高屏蔽效果.現(xiàn)在是19頁\一共有49頁\編輯于星期日3)屏蔽盒的共蓋和分蓋結(jié)構---在有隔板的屏蔽盒體內(nèi)采用分開的屏蔽蓋,可以減少其間的寄生耦合電容.分開的屏蔽蓋結(jié)構的屏蔽效果優(yōu)于一個屏蔽蓋的結(jié)構.為提高共蓋結(jié)構的屏蔽效果,應盡量減小蓋子與隔板之間電連接的縫隙.現(xiàn)在是20頁\一共有49頁\編輯于星期日4)印制導線屏蔽---單面印制電路板,在信號線之間設置接地的印制線可起屏蔽作用.雙面印制電路板,除在信號線之間設置接地線之外,其背面的銅箔也接地.現(xiàn)在是21頁\一共有49頁\編輯于星期日2.2磁場屏蔽---磁場的頻率不同,采取的磁屏蔽原理也不同.a.低頻磁場的屏蔽1)原理---恒磁場或低頻交變磁場(f＜100Hz)的屏蔽方法是選用高磁導率的鐵磁材料進行磁分路.由于鐵磁性材料的磁導率比空氣的磁導率大的多,所以鐵磁性材料的磁阻很小.將鐵磁性材料置于磁場中時,磁通主要通過鐵磁性材料,而通過空氣的磁通將大為減小,從而起到磁場屏蔽的作用.現(xiàn)在是22頁\一共有49頁\編輯于星期日現(xiàn)在是23頁\一共有49頁\編輯于星期日2)低頻磁屏蔽的設計要點---選擇相對磁導率高的材料做屏蔽體---被屏蔽元件和屏蔽盒之間應選擇合適的間隙（被屏蔽元件與屏蔽盒之間越大,有利于提高屏蔽效果.但是,間隙過大,將是屏蔽盒變大,給結(jié)構設計帶來困難,同時也增加了成本.）---選擇足夠的屏蔽盒厚度（增大壁厚有利于減小磁阻,使得磁分路效果更加明顯,但壁厚的大小還應考慮成本、制造工藝、結(jié)構尺寸等因素。）---注意屏蔽盒的安裝方向（對于橫截面為矩形的屏蔽盒，安裝時應使其長邊平行于磁感線方向）現(xiàn)在是24頁\一共有49頁\編輯于星期日現(xiàn)在是25頁\一共有49頁\編輯于星期日3）低頻磁場屏蔽的結(jié)構設計---減小屏蔽盒接縫的磁阻（屏蔽盒多為鈑金制作，盒體的接縫處存在一定的間隙，盒與蓋之間也有間隙，這些都會增大磁阻。為了減小屏蔽盒〈蓋〉接縫處的磁阻，對較薄的板材〈0.8MM〉可以采用翻邊卷口連接；對較厚的板材〈0.8—2.5MM〉可以采用搭接點焊、鉚接和用導磁材料蜜焊，其搭接高度不小于8MM； 為增大盒體與盒蓋的套入深度〈一般不大于10MM〉，并用螺釘連接以減小接縫磁阻。

現(xiàn)在是26頁\一共有49頁\編輯于星期日現(xiàn)在是27頁\一共有49頁\編輯于星期日---屏蔽盒接縫位置應平行于磁場（當磁場垂直于屏蔽盒的接縫時，接縫切斷磁感線，磁通流經(jīng)接縫處會遇到較大的磁阻。若磁場平行于接縫，則磁阻較小。要做到此，首先在結(jié)構設計時就要安排好接縫的位置。二是要在安裝時注意接縫的位置不要影響磁路。）現(xiàn)在是28頁\一共有49頁\編輯于星期日---正確布置屏蔽盒上的通風孔和接線孔（屏蔽盒上開通風孔、接線孔時，應注意其尺寸大小和方向布局，要求盡量少地削弱導磁截面積，不增加導磁回路的長度，即盡量減小屏蔽體的磁阻。）

現(xiàn)在是29頁\一共有49頁\編輯于星期日---雙層磁屏蔽（要得到高的屏蔽效果，往往采用高磁導率材料和增加材料厚度的辦法，但是，選用高磁導率材料和增加材料厚度都是有限度的，此時，可以采用雙層磁屏蔽結(jié)構。）現(xiàn)在是30頁\一共有49頁\編輯于星期日b.高頻磁場的屏蔽1)原理---高頻交變磁場指的是高頻電磁場中的磁場分量,利用電磁感應現(xiàn)象在屏蔽體表面產(chǎn)生的渦流的反磁場來達到高頻磁場屏蔽的目的,也就是利用渦流反磁場對原干擾磁場的排斥作用,來抑制或抵消屏蔽體外的磁場.

現(xiàn)在是31頁\一共有49頁\編輯于星期日2)高頻磁屏蔽的結(jié)構設計要點---選擇相對電導率高的材料做屏蔽體.屏蔽盒的電阻越小,產(chǎn)生的渦流越大.---由于高頻電流的集膚效應,渦流僅在屏蔽體的表面薄層流過,而屏蔽體內(nèi)層被表面渦流屏蔽,所以高頻磁屏蔽盒無需做的很厚,一般取0.2-0.8MM.

---屏蔽盒在垂直于渦流方向不應開孔或有縫隙.在垂直與渦流的方向開孔或有縫隙,將切斷渦流,削弱反磁場對原干擾磁場的抵消作用,使屏蔽效果變差.若縫隙和開孔沿著渦流方向,則對屏蔽效果的影響較小.一般屏蔽盒上的縫隙和開孔尺寸不大于原磁場波長的1/50---1/100.---屏蔽盒是否接地不影響磁屏蔽效果.但是接地,則此屏蔽盒同時具有電場屏蔽和磁場屏蔽的作用.

現(xiàn)在是32頁\一共有49頁\編輯于星期日現(xiàn)在是33頁\一共有49頁\編輯于星期日2.3電磁場的屏蔽a.電磁場的屏蔽原理利用導電良好的屏蔽材料,如鋁板、鋁箔、銅板、銅箔或在塑料機箱上鍍鎳或銅，利用它們對干擾電磁波的反射、吸收和多次反射作用，衰減干擾電磁場的能量，達到屏蔽效果。b.設計要點---選用高導電率材料---依據(jù)電磁場的屏蔽原理合理確定尺寸和結(jié)構形式---即使屏蔽物的壁厚很小也可取得較好的屏蔽效果，故確定屏蔽物材料的厚度時，主要考慮其工藝性和結(jié)構強度現(xiàn)在是34頁\一共有49頁\編輯于星期日c.電磁場的屏蔽結(jié)構電磁屏蔽是對電磁波的屏蔽，其對屏蔽材料的性能要求與靜電屏蔽相同，都是高導電體。但是靜電屏蔽的重點要求屏蔽體必須接地。而影響屏蔽體電磁屏蔽效能的不是屏蔽體是否接地，而是屏蔽體導電的連續(xù)性。電磁屏蔽對屏蔽體的導電性能要求比靜電屏蔽高的多。屏蔽結(jié)構可分為:屏蔽格結(jié)構、獨立屏蔽盒結(jié)構、雙層屏蔽結(jié)構?，F(xiàn)在是35頁\一共有49頁\編輯于星期日現(xiàn)在是36頁\一共有49頁\編輯于星期日現(xiàn)在是37頁\一共有49頁\編輯于星期日1）縫隙結(jié)構---屏蔽盒的接縫是電磁波的泄露源。解決的方法是在縫隙處使用電磁密封襯墊。電磁密封襯墊是一種導電的彈性材料，它能夠保持縫隙處的導電的連續(xù)性。電磁密封襯墊可以是導電的金屬網(wǎng)、銀粉導電橡膠等?，F(xiàn)在又出現(xiàn)了一些新的導電材料，如導電膠、導電膩子、導電潤滑脂等?，F(xiàn)在是38頁\一共有49頁\編輯于星期日2）孔洞結(jié)構機箱上散熱孔、觀察孔和穿過機箱的電纜也是造成機箱屏蔽效能下降的主要原因。機箱上開口引起的電磁泄露與開口的尺寸、輻射源的特性和輻射源到開口的距離有關。通過適當?shù)卦O計開口尺寸和輻射源到開口的距離能夠滿足屏蔽的要求。---在孔面積相同時，長方形孔泄露最大而圓形孔泄露最小。因此要少開長方形孔洞。實踐證明，當孔隙、縫隙的最大線形尺寸等于干擾源半波長的整數(shù)倍時，孔縫的電磁泄漏最大，因此一般要求孔隙、縫隙的最大線形尺寸小于λ/10—λ/100.---為減少感應渦流流動的電阻，所開空洞切口應順著感應渦流流動的方向并使渦流均勻分布。---安裝高頻線圈屏蔽盒時，應使接縫不切斷渦流。---孔縫泄露的大小主要取決于孔的面積、孔截面上的最大線形尺寸、電磁波頻率及孔的深度。對于必須存在的大孔，應采用安裝金屬網(wǎng)等辦法，減少泄露?，F(xiàn)在是39頁\一共有49頁\編輯于星期日現(xiàn)在是40頁\一共有49頁\編輯于星期日現(xiàn)在是41頁\一共有49頁\編輯于星期日2.4抑制電磁干擾的工程措施a.接縫的屏蔽1)永久性接縫的屏蔽---屏蔽體上的永久縫隙應用焊接工藝密封,如熔焊和釬焊.具體實施時用搭焊和對焊.用鍍鋅鐵皮制成的屏蔽體常用翻邊咬合式接縫,它可以有效地代替焊接形式的焊縫.若用電焊,焊點間距不宜超過5CM.

現(xiàn)在是42頁\一共有49頁\編輯于星期日2)非永久性接縫的屏蔽---在接縫處加入由導電橡膠、金屬簧片等材料制成的既具有一定彈性，又具有良好導電特性，同時還可填充縫隙的導電襯墊，保持了兩個界面間的電連續(xù)性，從而大大提高了機箱的屏蔽效果?，F(xiàn)在是43頁\一共有49頁\編輯于星期日b.導電襯墊導電襯墊是專門用于抑制機箱縫隙電磁泄露的專用屏蔽材料,也是目前最廣泛的一類屏蔽材料,導電襯墊可分為導電橡膠、金屬編織網(wǎng)套、螺旋管襯墊、梳形簧片襯墊、定向金屬導電橡膠和具有金屬鍍層的聚氨脂泡沫襯墊六種類型。導電襯墊應具備以下的基本要求:---導電襯墊應具有足夠的彈性和厚度---導電襯墊的導電材料應有高的電導率.---導電襯墊的導電材料應具有耐腐蝕性,并與屏蔽體兩配合面材料的電化學性能相容,防止導電襯墊與金屬配接面發(fā)生電化學腐蝕.---導電襯墊中的彈性材料在屏蔽體工作溫度下的壓縮變形和壽命要符合要求.現(xiàn)在是44頁\一共有49頁\編輯于星期日現(xiàn)在是45頁\一共有49頁\編輯于星期日c.導電膠帶1)電磁屏蔽膠帶---屏蔽膠帶是由帶有銅箔或鋁箔等高導電性材料