電磁兼容講義

1、電 磁 兼 容 設(shè)計(jì)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 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(hào)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(chǎng)天線 高電壓小電流 磁場(chǎng)天線 低電壓大電流 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2222120E/,1,100,50340.8/40/BIAV mEA frAcmImA fMHzrmEdBV mdBV m例：，測(cè)量距離超過GB

3、9254規(guī)定的 級(jí)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(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10倍或者為1/tr, 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(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

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(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(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

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(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；

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(chǎng)電磁耦合 設(shè)備內(nèi)各個(gè)環(huán)路之間的電距離較短，一般為近場(chǎng)，近場(chǎng)的場(chǎng)型很復(fù)雜，不易計(jì)算，因此相互間的電磁干擾常用： 電容耦合代替電場(chǎng)干擾， 電感耦合代替磁場(chǎng)干擾， 從而把場(chǎng)的問題轉(zhuǎn)化為路的問題，簡(jiǎn)化了計(jì)算。近場(chǎng)與遠(yuǎn)場(chǎng)的比較遠(yuǎn)場(chǎng)近場(chǎng)1.場(chǎng)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(chǎng)磁偶極子是低阻抗場(chǎng)rHE1,321,1,rrHESHE3770HES近場(chǎng)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(hào)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(hào)線走向應(yīng)相互垂直。 采用屏蔽的方法 屏蔽電纜：?jiǎn)味私拥?電場(chǎng)屏蔽 雙端接地-磁場(chǎng)屏蔽 雙絞線： 磁場(chǎng)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(diǎn)并聯(lián)接地 單點(diǎn)串聯(lián)接地 多點(diǎn)接地傳輸線阻抗對(duì)信號(hào)完整性的影響 短線（l /20 或 td tr/4 ）振蕩 長(zhǎng)線時(shí)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(chǎng)。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(chǎng)天線： 電場(chǎng)天線： 對(duì)應(yīng)于EMS測(cè)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(duì)應(yīng)于EMS測(cè)量中的：CS，EFT，浪涌等 cos2 fBAe 有效長(zhǎng)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