第六章電磁兼容性設(shè)計

1、內(nèi)容內(nèi)容電磁兼容性設(shè)計的五個級別：電磁兼容性設(shè)計的五個級別： 1.電路組件級設(shè)計；電路組件級設(shè)計； 2.設(shè)備級設(shè)計；設(shè)備級設(shè)計； 3.分系統(tǒng)級設(shè)計；分系統(tǒng)級設(shè)計； 4.系統(tǒng)級設(shè)計；系統(tǒng)級設(shè)計； 5.系統(tǒng)間級設(shè)計。系統(tǒng)間級設(shè)計。一般來說，電磁兼容性設(shè)計的發(fā)展過程，是由“問題解決法”到“規(guī)范法”，再到“系統(tǒng)法”，設(shè)計逐步得到完善和提高，技術(shù)手段越來越先進，理論體系越來越成熟和嚴(yán)密，至今電磁兼容學(xué)科還在發(fā)展，系統(tǒng)法本身還在不斷發(fā)展和進步。電磁兼容設(shè)計的費效比綜合平衡是設(shè)計的重要準(zhǔn)則。圖6-1為產(chǎn)品生產(chǎn)進程中解決干擾措施與成本的關(guān)系。（1）電磁敏感閥值 系統(tǒng)、分系統(tǒng)或設(shè)備不能正常工作的干擾臨界電平值。

2、其值越低，說明系統(tǒng)、分系統(tǒng)、設(shè)備越容易受干擾。（2）敏感度門限值 敏感設(shè)備受電磁干擾所呈現(xiàn)的不希望有響應(yīng)的最小電平。敏感度門限越大，說明設(shè)備的抗干擾能力越強。（3）電磁干擾值 設(shè)備或分系統(tǒng)在電磁環(huán)境中感受到的無用信號電平值。（4）電磁發(fā)射限值 允許干擾源設(shè)備或分系統(tǒng)在工作時給周圍環(huán)境帶來的電磁發(fā)射電平值。目的是控制電磁干擾源、保護電磁環(huán)境、實現(xiàn)電磁環(huán)境與設(shè)備兼容工作。（5）安全裕度 為實際接受的電磁干擾值(p)比設(shè)備或分系統(tǒng)敏感閥值(s)所低的程度。表示為： m（dB）=s-p（6）失效干擾電平 指系統(tǒng)和設(shè)備不允許接受的電磁干擾電平。電磁兼容設(shè)計的基本參數(shù) 濾波器作用：抑制傳濾波器作用：抑制傳

3、導(dǎo)干擾導(dǎo)干擾 信號濾信號濾波器波器 電源濾電源濾波器波器 濾波技術(shù)的基本用途是選擇信號和抑制干擾，為實現(xiàn)這兩大功能而設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)稱為濾波器。通常按功能把濾波器分為信號選擇濾波器和電磁干擾濾波器兩大類。信號選擇濾波器是有效去除不需要的信號分量，同時對被選擇信號的幅度相位影響最小的濾波器。電磁干擾濾波器是能有效抑制電磁干擾的濾波器。工作原理工作原理 在一定的通頻帶內(nèi)，濾波器的衰減很小，能量容易地在一定的通頻帶內(nèi)，濾波器的衰減很小，能量容易地通過。在此通頻帶之外則衰減很大，抑制了能量的傳輸。通過。在此通頻帶之外則衰減很大，抑制了能量的傳輸。常用濾波器的分類EMIEMI濾波器的特點濾波器的特點 電壓電流

4、的變化通過導(dǎo)線傳輸時有二種形態(tài)，我們將此稱做“共?！焙汀安钅！薄ＴO(shè)備的電源線、電話等的通信線、與其它設(shè)備或外圍設(shè)備相互交換的通訊線路，至少有兩根導(dǎo)線，這兩根導(dǎo)線作為往返線路輸送電力或信號。但在這兩根導(dǎo)線之外通常還有第三導(dǎo)體，這就是“地線”。干擾電壓和電流分為兩種：一種是兩根導(dǎo)線分別做為往返線路傳輸；另一種是兩根導(dǎo)線做去路，地線做返回路傳輸。前者叫“差?！?，后者叫“共模”。電磁干擾濾波器電磁干擾濾波器差模和差模和共模共模概念概念共模干擾共模干擾共模電流示意圖共模電流示意圖設(shè)備在電纜上產(chǎn)生共模干擾電流，會造成電纜強烈設(shè)備在電纜上產(chǎn)生共模干擾電流，會造成電纜強烈的電磁輻射的電磁輻射電磁干擾濾波器電磁

5、干擾濾波器共模干擾共模干擾來源來源ICM共模電流產(chǎn)生共模電流產(chǎn)生1VICM共模電流產(chǎn)生共模電流產(chǎn)生2VICM共模電流產(chǎn)生共模電流產(chǎn)生31. 空間的電磁波（通信、雷達、雷空間的電磁波（通信、雷達、雷電等）在電纜上感應(yīng)出共模干擾。電等）在電纜上感應(yīng)出共模干擾。2.設(shè)備上的電纜與大地之間有電位設(shè)備上的電纜與大地之間有電位差，這樣電纜上會有共模電流。差，這樣電纜上會有共模電流。3.兩臺設(shè)備之間的地線電位導(dǎo)致共模兩臺設(shè)備之間的地線電位導(dǎo)致共模電流。電流。電磁干擾濾波器電磁干擾濾波器差模干擾差模干擾差模電流示意圖差模電流示意圖 在電源線中，差模干擾是十分嚴(yán)重的問題在電源線中，差模干擾是十分嚴(yán)重的問題 差模

6、干擾對信號的影響比較嚴(yán)重差模干擾對信號的影響比較嚴(yán)重 從受干擾角度看，差模干擾危害更大；從受干擾角度看，差模干擾危害更大； 從干擾發(fā)射角度看，共模干擾危害性大從干擾發(fā)射角度看，共模干擾危害性大電磁干擾濾波器電磁干擾濾波器 干擾電流在信號線與信號地線之間（或電源線的火線和干擾電流在信號線與信號地線之間（或電源線的火線和零線之間）流動。在信號電纜中，差模干擾電流是由外界電零線之間）流動。在信號電纜中，差模干擾電流是由外界電磁場在信號線和信號地線構(gòu)成的回路中感應(yīng)出的。由于電纜磁場在信號線和信號地線構(gòu)成的回路中感應(yīng)出的。由于電纜中的信號線與其地線靠得很近，因此形成的環(huán)路面積很小，中的信號線與其地線靠得

7、很近，因此形成的環(huán)路面積很小，所以外界電磁場感應(yīng)的差模電流一般不會很大。在電源線中，所以外界電磁場感應(yīng)的差模電流一般不會很大。在電源線中，差模干擾電流往往是由電網(wǎng)上其它電器的電源發(fā)射出的（特差模干擾電流往往是由電網(wǎng)上其它電器的電源發(fā)射出的（特別是開關(guān)電源）和感性負(fù)載通斷時產(chǎn)生的（其幅度往往很別是開關(guān)電源）和感性負(fù)載通斷時產(chǎn)生的（其幅度往往很大）。差模干擾電流都會直接影響設(shè)備的工作。大）。差模干擾電流都會直接影響設(shè)備的工作。 共模電流本身并不會對電路產(chǎn)生影響，只有當(dāng)共模電流共模電流本身并不會對電路產(chǎn)生影響，只有當(dāng)共模電流轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅ｋ娏鳎妷海r，才會對電路產(chǎn)生影響。這種情轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅ｋ娏鳎妷海r

8、，才會對電路產(chǎn)生影響。這種情況發(fā)生在電路不平衡的情況下。另外，如果設(shè)備在其電纜上況發(fā)生在電路不平衡的情況下。另外，如果設(shè)備在其電纜上產(chǎn)生共模電流，則電纜會產(chǎn)生強烈的電磁輻射，造成設(shè)備不產(chǎn)生共模電流，則電纜會產(chǎn)生強烈的電磁輻射，造成設(shè)備不能滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)中對輻射發(fā)射的限制要求，或?qū)ζ渌O(shè)能滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)中對輻射發(fā)射的限制要求，或?qū)ζ渌O(shè)備造成干擾。備造成干擾。電磁干擾濾波器電磁干擾濾波器差模干擾差模干擾來源來源（1）電纜中不同信號線之間的電容耦合和電感耦）電纜中不同信號線之間的電容耦合和電感耦合所致；合所致；（2）開關(guān)電源的非線性會導(dǎo)致很強干擾）開關(guān)電源的非線性會導(dǎo)致很強干擾;IDM差模電流

9、產(chǎn)生差模電流產(chǎn)生 電網(wǎng)中電感性開關(guān)電網(wǎng)中電感性開關(guān)的通斷，會產(chǎn)生差模的通斷，會產(chǎn)生差模的脈沖干擾。的脈沖干擾。電磁干擾濾波器電磁干擾濾波器濾波器主要技術(shù)指標(biāo)濾波器主要技術(shù)指標(biāo) 插入損耗插入損耗 頻率特性頻率特性 阻抗特性阻抗特性 額定電流額定電流 額定電壓額定電壓( 1 ) 插入損耗插入損耗（IL）衡量濾波器性能的主要指標(biāo)。定義：衡量濾波器性能的主要指標(biāo)。定義：1220lg(dB)UILU U1 未接入濾波器，信號源在負(fù)載上建立的電壓；未接入濾波器，信號源在負(fù)載上建立的電壓； U2 接入濾波器，信號源在負(fù)載上建立的電壓。接入濾波器，信號源在負(fù)載上建立的電壓。 IL與信號源頻率、源阻抗、負(fù)載阻抗

10、等因素有關(guān)。與信號源頻率、源阻抗、負(fù)載阻抗等因素有關(guān)。插入損耗隨頻率的變化插入損耗隨頻率的變化頻率特性頻率特性通帶：信號無衰減通過濾波器的頻率范圍通帶：信號無衰減通過濾波器的頻率范圍阻帶：受到很大衰減的頻率范圍阻帶：受到很大衰減的頻率范圍頻率特性參數(shù)：中心頻率；頻率特性參數(shù)：中心頻率； 截止頻率；截止頻率； 最低使用頻率；最低使用頻率； 最高使用頻率。最高使用頻率。( 2 ) 頻率特性頻率特性按頻率劃分：低通、高通、帶通、帶阻四種類型。按頻率劃分：低通、高通、帶通、帶阻四種類型。0f衰減阻帶通帶fc（截止頻率）（a）低通濾波器0f衰減阻帶通帶fc（截止頻率）（b）高通濾波器0f衰減阻帶通帶fc

11、2（c）帶通濾波器阻帶fc10f衰減通帶阻帶fc2（d）帶阻濾波器通帶fc1( 3 ) 輸入輸出輸入輸出阻抗阻抗： 從信號源到從信號源到濾波器濾波器輸入輸入的的阻抗稱為阻抗稱為輸入阻抗輸入阻抗，濾波器輸出到接收電路的阻抗稱為濾波器輸出到接收電路的阻抗稱為輸出阻抗輸出阻抗。( 4 ) 額定電壓額定電壓： 輸入濾波器的最高允許電壓值輸入濾波器的最高允許電壓值。若電壓過高。若電壓過高，會使內(nèi)部電容器損壞。，會使內(nèi)部電容器損壞。( 5 ) 額定電流額定電流:不降低濾波器插入損耗效能的最大使用電流不降低濾波器插入損耗效能的最大使用電流，濾波器分類濾波器分類反射式反射式吸收式吸收式按原理：按原理：有源有源

12、無源（無源（LC）按工作條件：按工作條件：信號選擇濾波器信號選擇濾波器EMI濾波器濾波器按用途：按用途：按頻率按頻率 反射式濾波器由電感、電容元件構(gòu)成無源網(wǎng)絡(luò)，按電路結(jié)構(gòu)常見的形式有L L形、形、形、T形等，如圖6-5所示。 低通濾波器的頻率特性如圖6-6所示，圖中 為截至頻率，小于 的頻帶為通帶，大于 為阻帶。cfcfcf 高通濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和低通濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有對稱性，只是把相應(yīng)位置上的電感元件換成電容元件，其參數(shù)計算式如下： dgdLCL1低通低通高通高通RUgCRUg等LRRUgCRRRUgLRdgdCLC11. 巴特沃思低通濾波器原型電路查表法巴特沃思低通濾波器原型電路查表法

13、實際應(yīng)用中，頻率、信號源內(nèi)阻、負(fù)載電阻以及模型中元件值得換算方法如下:2. 低通濾波器低通濾波器設(shè)計實例設(shè)計實例設(shè)計一個低通濾波器： 在66MHz衰減30dB7232LscRRMHzf1）由圖6-8可知，應(yīng)采用5級濾波器（n=5）2）查表6-2可得:)(618. 1)(00. 2)(618. 042251HLLFCFCC3)根據(jù)截止頻率 對元件參數(shù)進行轉(zhuǎn)換：72,32LscRRMHzf最后設(shè)計完成的濾波器如下圖:3. 高通濾波器高通濾波器設(shè)計方法設(shè)計方法：對偶變換：對偶變換(1) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 將低通濾波器網(wǎng)絡(luò)中所有電容器與將低通濾波器網(wǎng)絡(luò)中所有電容器與電感器互換電感器互換(2) 將低通原型濾波器電路中各將低通原型濾波器電路中各 L 值和值和 C 值取其倒數(shù)作值取其倒數(shù)作為高通原型濾波器對應(yīng)的為高通原型濾波器對應(yīng)的C 值和值和 L 值值(3)將高通原型濾波器電路中各將高通原型濾波器電路中各L、C 和和 R 值按低通濾波值按低通濾波器相同的方式進行參數(shù)變換器相同的方式進行參數(shù)變換:2bacCCf ZabRZR2bacZLLf3. 帶通帶通濾波器濾波器 帶通濾波器一般是采用串聯(lián)或并聯(lián)結(jié)構(gòu)的RLC電路