電磁干擾-電磁防護(hù)

1、 1.1 1.1 電磁兼容概述電磁兼容概述 1.2 1.2 電磁兼容學(xué)科研究內(nèi)容、研究方法電磁兼容學(xué)科研究內(nèi)容、研究方法 1.3 1.3 元件的非理想行為元件的非理想行為 第一章第一章 緒論緒論 1.1 電磁兼容概述電磁兼容概述 以半導(dǎo)體工業(yè)為基礎(chǔ)和支柱的微電子技術(shù)迅以半導(dǎo)體工業(yè)為基礎(chǔ)和支柱的微電子技術(shù)迅 速發(fā)展；速發(fā)展； 電磁波既有益于社會的發(fā)展，又是潛在的環(huán)電磁波既有益于社會的發(fā)展，又是潛在的環(huán) 境污染源境污染源 聯(lián)合國確定聯(lián)合國確定電磁環(huán)境污染電磁環(huán)境污染成為繼空氣、水質(zhì)、成為繼空氣、水質(zhì)、 噪聲等污染之后的噪聲等污染之后的第四大環(huán)境污染第四大環(huán)境污染。 噴氣式民航飛機每噴氣式民航飛機每

2、50001000小小 時的飛行平均遭一次雷擊時的飛行平均遭一次雷擊 1992年年9月月16日深圳國際機場因感日深圳國際機場因感 應(yīng)雷電過電壓導(dǎo)致應(yīng)雷電過電壓導(dǎo)致25套通訊、雷達(dá)、套通訊、雷達(dá)、 導(dǎo)航設(shè)備中有導(dǎo)航設(shè)備中有5套損壞，使機場停業(yè)套損壞，使機場停業(yè) 1996年白云機場由于雷電導(dǎo)致指揮年白云機場由于雷電導(dǎo)致指揮 系統(tǒng)故障系統(tǒng)故障 1961年，意大利發(fā)生了年，意大利發(fā)生了 “丘比特丘比特” 導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的雷擊事故導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的雷擊事故 1969年年11月美國土星月美國土星“V阿波羅阿波羅 12” 載人飛船在起飛后出現(xiàn)雷擊事故載人飛船在起飛后出現(xiàn)雷擊事故 對航空、電子設(shè)備的危害對航空、電子設(shè)

3、備的危害 電子戰(zhàn)，在電子戰(zhàn)，在1990年的海灣戰(zhàn)爭期間，美軍采用電年的海灣戰(zhàn)爭期間，美軍采用電 子干擾子干擾 戰(zhàn)術(shù)來干擾伊拉克的武器系統(tǒng)，使之不戰(zhàn)術(shù)來干擾伊拉克的武器系統(tǒng)，使之不 能正常工作；能正常工作；信息電磁安全與泄漏信息電磁安全與泄漏 對戰(zhàn)爭的影響對戰(zhàn)爭的影響 （1）高壓擊穿）高壓擊穿 （2）器件燒毀或瞬變干擾；）器件燒毀或瞬變干擾； （3）電涌擊穿。）電涌擊穿。 對電子元器件的損壞對電子元器件的損壞 高頻輻射大于一定限值時，會使高頻輻射大于一定限值時，會使 人產(chǎn)生失眠、嗜睡等植物神經(jīng)功人產(chǎn)生失眠、嗜睡等植物神經(jīng)功 能紊亂，以及脫發(fā)、白血球下降、能紊亂，以及脫發(fā)、白血球下降、 視力模糊、

4、晶狀體混濁、心電圖視力模糊、晶狀體混濁、心電圖 改變等癥狀受損有關(guān)聯(lián)。改變等癥狀受損有關(guān)聯(lián)。 中華人民共和國環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中華人民共和國環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：規(guī)定： 一級標(biāo)準(zhǔn)（小于一級標(biāo)準(zhǔn)（小于10伏米），二級標(biāo)準(zhǔn)（小于伏米），二級標(biāo)準(zhǔn)（小于25伏米）為中伏米）為中 間區(qū)，間區(qū)， 超過二級標(biāo)準(zhǔn)地區(qū)，對人體可帶來有害影響；超過二級標(biāo)準(zhǔn)地區(qū)，對人體可帶來有害影響； 對人類健康的影響對人類健康的影響 o 1881年英國科學(xué)家希維賽德發(fā)表了年英國科學(xué)家希維賽德發(fā)表了“論干擾論干擾”的文的文 章，標(biāo)志著研究干擾問題的開端。章，標(biāo)志著研究干擾問題的開端。 o 1888年德國物理學(xué)家赫茲首創(chuàng)了天線，第

5、一次把電年德國物理學(xué)家赫茲首創(chuàng)了天線，第一次把電 磁波輻射到自由空間，同時又成功地接收到電磁波，磁波輻射到自由空間，同時又成功地接收到電磁波， 用實驗證實了電磁波的存在，從此開始了對電磁干擾用實驗證實了電磁波的存在，從此開始了對電磁干擾 問題的實驗研究。問題的實驗研究。 o 1889年英國郵電部門研究了通信中的干擾問題，使年英國郵電部門研究了通信中的干擾問題，使 干擾問題研究開始走向工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化。干擾問題研究開始走向工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化。 EMC的發(fā)的發(fā) 展展 o 二十世紀(jì)以來，隨著通信、廣播等無線電事業(yè)的發(fā)展，二十世紀(jì)以來，隨著通信、廣播等無線電事業(yè)的發(fā)展， 使人們逐漸認(rèn)識到需要對各種電磁干擾進(jìn)

6、行控制。使人們逐漸認(rèn)識到需要對各種電磁干擾進(jìn)行控制。 o 1944年德國電氣工程師協(xié)會制訂了世界上第一個電磁年德國電氣工程師協(xié)會制訂了世界上第一個電磁 兼容性規(guī)范兼容性規(guī)范VDE0878。 o 1945年美國頒布了美國最早的軍用規(guī)范年美國頒布了美國最早的軍用規(guī)范JAN-I-225。 成立了國家級以及國際間的組織對電磁干擾問題進(jìn)行世界成立了國家級以及國際間的組織對電磁干擾問題進(jìn)行世界 性有組織的研究。如：性有組織的研究。如： 國際電工委員會（國際電工委員會（IEC） 電氣設(shè)備（含網(wǎng)絡(luò)）間的電磁兼容委員會（電氣設(shè)備（含網(wǎng)絡(luò)）間的電磁兼容委員會（TC-77） 國際無線電干擾特別委員會（國際無線電干擾

7、特別委員會（CISPR） 國際電報電話咨詢委員會（國際電報電話咨詢委員會（CCITT） 電氣電子工程師學(xué)會電磁兼容專業(yè)委員會（電氣電子工程師學(xué)會電磁兼容專業(yè)委員會（IEEE-EMC） u 電磁騷擾電磁騷擾 (Electromagnetic Disturbance) 電磁噪聲電磁噪聲 (Electromagnetic Noise) 任何任何可能可能引起設(shè)備或系統(tǒng)性能下降，或?qū)ι驘o生命物引起設(shè)備或系統(tǒng)性能下降，或?qū)ι驘o生命物 質(zhì)產(chǎn)生損害的電磁質(zhì)產(chǎn)生損害的電磁現(xiàn)象現(xiàn)象，強調(diào)，強調(diào)任何可能的電磁危害任何可能的電磁危害現(xiàn)象現(xiàn)象 u 電磁干擾電磁干擾 (Electromagnetic Interf

8、erence - EMI) 電磁噪聲（騷擾）所引起的設(shè)備、傳輸通路或系統(tǒng)性能的下電磁噪聲（騷擾）所引起的設(shè)備、傳輸通路或系統(tǒng)性能的下 降強調(diào)電磁危害現(xiàn)象產(chǎn)生的降強調(diào)電磁危害現(xiàn)象產(chǎn)生的結(jié)果結(jié)果。分為。分為系統(tǒng)間干擾系統(tǒng)間干擾和和系系 統(tǒng)內(nèi)干擾統(tǒng)內(nèi)干擾 1.2 1.2 電磁兼容概念電磁兼容概念 GJB72-85 ： 設(shè)備（系統(tǒng)、分系統(tǒng)）在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行設(shè)備（系統(tǒng)、分系統(tǒng)）在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行 各自功能的共存狀態(tài)，即設(shè)備不會由于受到處于同一電各自功能的共存狀態(tài)，即設(shè)備不會由于受到處于同一電 磁環(huán)境中其他設(shè)備的電磁發(fā)射導(dǎo)致或遭受不允許的降級；磁環(huán)境中其他設(shè)備的電磁發(fā)射導(dǎo)致或遭受不允

9、許的降級； 也不會使同一電磁環(huán)境中其他設(shè)備（系統(tǒng)、分系統(tǒng)）因也不會使同一電磁環(huán)境中其他設(shè)備（系統(tǒng)、分系統(tǒng)）因 受其電磁發(fā)射而導(dǎo)致或遭受不允許的降級。受其電磁發(fā)射而導(dǎo)致或遭受不允許的降級。 電磁兼容性（電磁兼容性（EMC）的確切定義：）的確切定義： 自自 然然 環(huán)環(huán) 境境 因因 素素 一一 般般 電電 磁磁 環(huán)環(huán) 境境 構(gòu)構(gòu) 成成 因因 素素 人人 為為 環(huán)環(huán) 境境 因因 素素 雷電電磁輻射源雷電電磁輻射源。 靜電電磁輻射源。靜電電磁輻射源。 太陽系和星際電磁輻射源。太陽系和星際電磁輻射源。 地球和大氣層電磁場等。地球和大氣層電磁場等。 各種電磁發(fā)射系統(tǒng)各種電磁發(fā)射系統(tǒng)：電視、廣播發(fā)射臺，無線電

10、臺、：電視、廣播發(fā)射臺，無線電臺、 站，導(dǎo)航系統(tǒng)，通信系統(tǒng)，差轉(zhuǎn)臺，干擾臺，微波接站，導(dǎo)航系統(tǒng)，通信系統(tǒng)，差轉(zhuǎn)臺，干擾臺，微波接 力站等。力站等。 工頻電磁輻射系統(tǒng)工頻電磁輻射系統(tǒng)： 高電壓送、變電系統(tǒng)，大電流工高電壓送、變電系統(tǒng)，大電流工 頻設(shè)備，輕軌和干線電氣化鐵道等。頻設(shè)備，輕軌和干線電氣化鐵道等。 工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療、商業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的有電磁輻射的各工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療、商業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的有電磁輻射的各 種設(shè)備或系統(tǒng)種設(shè)備或系統(tǒng)。 以電火花點燃內(nèi)燃機為動力的交通工具和機器設(shè)備。以電火花點燃內(nèi)燃機為動力的交通工具和機器設(shè)備。 各種家用電器、現(xiàn)代化辦公設(shè)備、電動工具等各種家用電器、現(xiàn)代化辦公設(shè)備、電動工

11、具等。 用于軍事目的的強電磁脈沖源用于軍事目的的強電磁脈沖源： 核電磁脈沖及非核電核電磁脈沖及非核電 磁脈沖源如電磁脈沖武器、高功率微波彈和各種電子磁脈沖源如電磁脈沖武器、高功率微波彈和各種電子 對抗輻射源等對抗輻射源等 電磁兼容學(xué)科的研究內(nèi)容電磁兼容學(xué)科的研究內(nèi)容 u騷擾源的研究騷擾源的研究 u騷擾的傳輸途徑研究騷擾的傳輸途徑研究 u敏感設(shè)備抗干擾能力的研究敏感設(shè)備抗干擾能力的研究 u電磁兼容性控制技術(shù)電磁兼容性控制技術(shù) u電磁兼容性測量的研究電磁兼容性測量的研究 u電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)、分析和預(yù)測研究、分析和預(yù)測研究 EMC的學(xué)科特點的學(xué)科特點 理論體系以電磁場理論體系以電磁場/ /電

12、路原理為基礎(chǔ)電路原理為基礎(chǔ) 一門新興的綜合性的交叉學(xué)科一門新興的綜合性的交叉學(xué)科 計量單位的特殊性計量單位的特殊性 大量引用無線電技術(shù)的概念和術(shù)語大量引用無線電技術(shù)的概念和術(shù)語 極強的實用性極強的實用性 極強地依賴于測量極強地依賴于測量 EMC的研究方法的研究方法 問題解決法問題解決法 規(guī)范法規(guī)范法 系統(tǒng)法系統(tǒng)法 EMIEMI的預(yù)測和分析的預(yù)測和分析 EMCEMC設(shè)計的有效性設(shè)計的有效性 EMIEMI的控制技術(shù)的控制技術(shù) 系統(tǒng)間電磁干擾的控制技術(shù)系統(tǒng)間電磁干擾的控制技術(shù) 系統(tǒng)內(nèi)電磁干擾的控制技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)電磁干擾的控制技術(shù) EMCEMC的儀器與測量技術(shù)的儀器與測量技術(shù) 元器件性能測試元器件性能測試

13、 設(shè)計及研制測試設(shè)計及研制測試 現(xiàn)場運行測試現(xiàn)場運行測試 電磁環(huán)境現(xiàn)場調(diào)研電磁環(huán)境現(xiàn)場調(diào)研 系統(tǒng)級電磁兼容性檢驗與質(zhì)量認(rèn)證性能測試系統(tǒng)級電磁兼容性檢驗與質(zhì)量認(rèn)證性能測試 系統(tǒng)內(nèi)系統(tǒng)內(nèi)EMI控制控制 在對電路進(jìn)行分析時，往往在一定條件下，對實際在對電路進(jìn)行分析時，往往在一定條件下，對實際 器件加以理想化，略去其次要性質(zhì)，用一個足以表器件加以理想化，略去其次要性質(zhì)，用一個足以表 征實際器件主要性質(zhì)的理想元件來表示。即先用理征實際器件主要性質(zhì)的理想元件來表示。即先用理 想元件建立在一定條件下反映實際電路基本特性的想元件建立在一定條件下反映實際電路基本特性的 模型，使問題得到合理的簡化，然后對該電路模

14、型模型，使問題得到合理的簡化，然后對該電路模型 進(jìn)行定量分析。理想元件就是可精確定義并能表征進(jìn)行定量分析。理想元件就是可精確定義并能表征 實際器件的主要電磁性質(zhì)的一種理想化元件。實際器件的主要電磁性質(zhì)的一種理想化元件。 1.3 元件的非理想行為元件的非理想行為 電尺寸和波電尺寸和波 當(dāng)電路的最大尺寸小于波長的當(dāng)電路的最大尺寸小于波長的1/10時，認(rèn)為電路是電小尺時，認(rèn)為電路是電小尺 寸，此時，適合利用集總參數(shù)電路模型和基爾霍夫定律來代寸，此時，適合利用集總參數(shù)電路模型和基爾霍夫定律來代 替麥克斯韋方程。替麥克斯韋方程。 v f ( , )cos()cos(2 )i z tItzIt z 半徑為

15、半徑為rw的圓形導(dǎo)線的直流電阻的圓形導(dǎo)線的直流電阻 2 w L R r 1.3.1 導(dǎo)線的電阻和內(nèi)電感導(dǎo)線的電阻和內(nèi)電感 集膚深度集膚深度 0 1 f 高頻電阻高頻電阻0 22 11 () 22 w hfdc www r rrf rrr 單位長度的直流電阻單位長度的直流電阻 2 1 lfdc w rr r 單位長度內(nèi)電感單位長度內(nèi)電感 0 , 8 i D C l 高頻時單位長度內(nèi)電感高頻時單位長度內(nèi)電感 0 , 211 () 4 i hfi DCw ww llr rrf 1.3.2 平行導(dǎo)線的外部電感和電容平行導(dǎo)線的外部電感和電容 外電感外電感 0 / ln( ) m e w Ls l Ir

16、總環(huán)路電感總環(huán)路電感 2 loopie LlL l L 單位長度電容單位長度電容 0 / ln( /) w Q L c Vs r 0 L Z C LC 常數(shù), 特性阻抗 平行導(dǎo)線的平行導(dǎo)線的 集總參數(shù)等集總參數(shù)等 效電路效電路 1.3.3 元件引線的影響元件引線的影響 1.3.4 電阻電阻 復(fù)合型碳纖維電阻：復(fù)合型碳纖維電阻： 電感最小，精度稍電感最小，精度稍 差；差； 線繞型電阻：線繞型電阻：電感電感 最大，精度最高；最大，精度最高； 薄膜型電阻：薄膜型電阻：阻值阻值 比復(fù)合碳纖維型的比復(fù)合碳纖維型的 更為精密，電感小更為精密，電感小 于線繞型的。于線繞型的。 1.3.5 電容電容 典型的電

17、容類型：典型的電容類型： 陶瓷電容：陶瓷電容：5pF1F，高頻特性好；，高頻特性好； 鉭電解電容：鉭電解電容：1F1000F， 自諧振頻率自諧振頻率 對于噪聲電流的轉(zhuǎn)移，并聯(lián)電容最好工作在高阻抗電路中。對于噪聲電流的轉(zhuǎn)移，并聯(lián)電容最好工作在高阻抗電路中。 LOAD CNOISE CAPLOAD Z II ZZ 克服電容克服電容非非理想性的方法理想性的方法 大大 容容 量量 頻率頻率 衰減衰減 小電容 大電容大電容 并聯(lián)電容 小容量小容量 簡單的方案：大小電容并聯(lián)，大電容抑制低頻干擾、小電簡單的方案：大小電容并聯(lián)，大電容抑制低頻干擾、小電 容抑制高頻。容抑制高頻。 三端電容器的原理三端電容器的原

18、理 引線電感與電容一起構(gòu)成了一引線電感與電容一起構(gòu)成了一 個個T形低通濾波器形低通濾波器 在引線上安裝兩個磁珠濾波效在引線上安裝兩個磁珠濾波效 果更好果更好 地線電感起地線電感起 著不良作用著不良作用 三端電容 普通電容普通電容 30 70 20 60 40 1GHz 衰減 諧振頻率后移諧振頻率后移 1.3.6 電感電感 磁芯磁芯/ /繞線方式對寄生電容的影響繞線方式對寄生電容的影響 鐵粉芯鐵粉芯(非導(dǎo)電）非導(dǎo)電） C = 4.28pf C = 3.48pf 19% 鐵氧體（錳鋅）鐵氧體（錳鋅） C = 51pf C = 49pf 4% 電感磁芯的選用電感磁芯的選用 錳鋅：錳鋅： r = 500 10000，R = 0.1100 m 鐵粉磁芯：不易飽和、鐵粉磁芯：不易飽和、導(dǎo)磁率低導(dǎo)磁率低，作差模扼流圈的磁芯，作差模扼流圈的磁芯 鐵氧體：最常用鐵氧體：最常用 鎳鋅：鎳鋅： r = 10 100，R = 1k 1M m 超微晶：超微晶： r 10000，做大電感量共模扼流圈的磁心，做大電感量共模扼流圈的磁心 v 空心線圈的電感量很小，使用導(dǎo)磁率空心線圈的電感量很小，使用導(dǎo)磁率 較高的材料作磁芯可大大地增加電感量。較高的材料作磁芯可大大地增加電感量。 1.3.7 1.3.7 鐵氧體磁珠鐵氧體磁珠 v 鐵氧體基本上都是不導(dǎo)電的陶瓷材料，因此在高達(dá)幾百鐵氧體基本上都是不導(dǎo)電