基本概念課件

1、第一章 基本概念電磁兼容電磁干擾現(xiàn)象電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)電磁兼容試驗(yàn)頻域與時(shí)域分貝的概念第1頁，共50頁。電磁兼容電磁兼容（Electromagnetic Compability,簡(jiǎn)稱EMC)的定義如下兩種： 1.IEC60050(161)（IEC-Internal Electronic COmmittee即國際電工委員會(huì)）電磁兼容術(shù)語對(duì)電磁兼容的定義為：“設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中的任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力?！?.電磁兼容是研究在有限的空間，有限的時(shí)間，有限的頻譜資源條件下，各種用電設(shè)備(分系統(tǒng)、系統(tǒng)，更廣義的還包括生物體)可以共存并不致引起降級(jí)的一門學(xué)科。” 第2

2、頁，共50頁。 EMD&EMI（1）電磁騷擾（EMD，ElectroMagnetic Disturbance）電磁騷擾是“任何可能引起裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能降級(jí)或?qū)τ猩驘o生命物質(zhì)產(chǎn)生作用的電磁現(xiàn)象。電磁騷擾可能是電磁噪聲、無用信號(hào)或傳播媒介自身的變化”。（2）電磁干擾（EMI，ElectroMagnetic Interference）電磁干擾是“電磁騷擾引起的設(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降”。電磁騷擾僅僅是電磁現(xiàn)象，即客觀存在的一種物理現(xiàn)象，它可能引起設(shè)備性能的降級(jí)或損害，但不一定已經(jīng)形成后果。而電磁干擾是由電磁騷擾引起的后果。過去在術(shù)語并未將物理現(xiàn)象與其造成的后果明確劃分，統(tǒng)稱為干擾（In

3、terference）。IECS0（161）于1990年發(fā)布后，引入了Disturbance這一術(shù)語（中文譯為“騷擾”）給出了明確的區(qū)分。但是為了方便，通常人們分析電磁干擾問題時(shí)常常是與電磁騷擾聯(lián)系在一起討論，或統(tǒng)稱為電磁干擾。第3頁，共50頁。電磁干擾現(xiàn)象開關(guān)電源數(shù)字脈沖電路數(shù)字視頻設(shè)備220AC第4頁，共50頁。EMC三要素1電磁干擾源：指產(chǎn)生電磁干擾的任何元件、器件、設(shè)備、系統(tǒng)或自然現(xiàn)象。2耦合途徑或稱耦合通道：指將電磁干擾能量傳輸?shù)绞芨蓴_設(shè)備的通路或媒介。3敏感設(shè)備：指受到電磁干擾的設(shè)備，或?qū)﹄姶鸥蓴_發(fā)生影響的設(shè)備。 第5頁，共50頁。產(chǎn)生電磁干擾的條件突然變化的電壓或電流，即dV/d

4、t 或 dI/dt 很大輻射天線或傳導(dǎo)導(dǎo)體設(shè)計(jì)中，遇到電壓、電流的突然變化，千萬要考慮潛在的電磁干擾問題第6頁，共50頁。常見干擾源雷電NEMP脈沖電路ESD無線通信感性負(fù)載通斷直流電機(jī)、變頻調(diào)速器第7頁，共50頁。電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)為了確保設(shè)備及其各單元必須滿足的電磁兼容工作特性，國際有關(guān)機(jī)構(gòu)、各國政府和軍事部門以及其他相關(guān)組織制定了一系列的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)備電磁騷擾發(fā)射和電磁抗擾度作出了規(guī)定和限制。電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)是進(jìn)行電磁兼容性設(shè)計(jì)的指導(dǎo)性文件，也是電磁兼容性試驗(yàn)的依據(jù)，因?yàn)樵囼?yàn)項(xiàng)目、測(cè)試方法和極限值等到都是標(biāo)準(zhǔn)給定的。 第8頁，共50頁。電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容 電磁兼容標(biāo)準(zhǔn) 干擾發(fā)射 敏感

5、度 傳 導(dǎo) 輻 射 傳 導(dǎo) 輻 射電源線信號(hào)/控制線天線端口 電 場(chǎng) 磁 場(chǎng) 電源線/信號(hào)線 射頻 瞬態(tài)天線端口 電 場(chǎng) 磁 場(chǎng) 靜 電放電 第9頁，共50頁。電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)體系 基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn) 電磁兼容標(biāo)準(zhǔn) 通用標(biāo)準(zhǔn) 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) 被引用到被引用到第10頁，共50頁。產(chǎn)品的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)遵循原則 產(chǎn)品依照標(biāo)準(zhǔn)的原則依照如此的順序：專用產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)準(zhǔn)即一個(gè)產(chǎn)品如果有專用產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)，則他的EMC性能應(yīng)該滿足專用產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)的要求；如果沒有，則應(yīng)該采用產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行EMC試驗(yàn)，如果沒有產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)，則用通用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行EMC試驗(yàn)，以此類推。 第11頁，共50頁。標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)的識(shí)別國家或組織 制訂單位 標(biāo) 準(zhǔn)

6、編 號(hào) IEC CISPR CISPR Pub. IEC TC77 IEC 歐共體CENELEC EN 美國FCC，DOD FCC Part , MIL-STD. 日本 VCCI VCCI 中國質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局, 國防部門GB - GJB - 第12頁，共50頁。電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的組織和標(biāo)準(zhǔn)介紹IEC（國際電工委員會(huì)）：有兩個(gè)平行的組織制訂EMC標(biāo)準(zhǔn)，CISPR和TC77。CISPR（國際無線電干擾特別委員會(huì)）：1934年成立。目前有七個(gè)分會(huì)：A分會(huì)（無線電干擾測(cè)量方法與統(tǒng)計(jì)方法）、B分會(huì)（工、科、醫(yī)射頻設(shè)備的無線電干擾）、C分會(huì)（電力線、高壓設(shè)備和電牽引系統(tǒng)的無線電干擾）、D分會(huì)（機(jī)動(dòng)車和內(nèi)燃機(jī)的

7、無線電干擾）、E分會(huì)（無線接收設(shè)備干擾特性）、F分會(huì)（家電、電動(dòng)工具、照明設(shè)備及類似電器的無線電干擾）、G分會(huì)（信息設(shè)備的無線電干擾）。TC77（第77技術(shù)委員會(huì)）：1981年成立。目前有3個(gè)分會(huì)：SC77A（低頻現(xiàn)象）、 SC77B（高頻現(xiàn)象）、 SC77C（對(duì)高空核電磁脈沖的抗擾性）。CENELEC（歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)）：由歐共體委員會(huì)授權(quán)制訂歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN。EN標(biāo)準(zhǔn)中引用了很多CISPR和IEC標(biāo)準(zhǔn)，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：EN55 = CISPR標(biāo)準(zhǔn)， （例： EN55011 = CISPR Pub.11）EN6 = IEC標(biāo)準(zhǔn)， （例： EN61000-4-3 = IEC61000-4-3

8、Pub.11）EN50 = CENELEC自定標(biāo)準(zhǔn)， （例： EN50801 ）第13頁，共50頁。電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的組織和標(biāo)準(zhǔn)介紹FCC（聯(lián)邦通信委員會(huì)）：主要制訂民用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)于電磁兼容的標(biāo)準(zhǔn)主要包括在FCC Part15和FCC Part 18中。MIL-STD（美軍標(biāo)）：典型的是MIL-STD 461。VCCI（干擾自愿控制委員會(huì)）：民間機(jī)構(gòu)，其標(biāo)準(zhǔn)與CISPR和IEC一致。GB（中國國家標(biāo)準(zhǔn)）：基本采用CISPR和IEC標(biāo)準(zhǔn)，目前已發(fā)布57個(gè)。GJB（中國軍用標(biāo)準(zhǔn)）：基本采用美軍標(biāo)，例如GJB151A = MIL-STD 461D，第14頁，共50頁。第15頁，共50頁。第16頁，共5

9、0頁。第17頁，共50頁。電磁兼容試驗(yàn)場(chǎng)地電磁發(fā)射試驗(yàn)敏感度或抗擾度試驗(yàn)：開闊場(chǎng)（民用標(biāo)準(zhǔn)）屏蔽暗室可在普通環(huán)境中，但是注意對(duì)周圍設(shè)備的影響，強(qiáng)電磁波會(huì)對(duì)附近的人員造成傷害第18頁，共50頁。輻射發(fā)射測(cè)試EUT旋轉(zhuǎn)找最大面0.8m1 4m1、3、10、30 米屏蔽墻測(cè)試儀第19頁，共50頁。輻射發(fā)射測(cè)試測(cè)量場(chǎng)地：GB要求在開闊場(chǎng)地中測(cè)量，GJB要求在屏蔽半無反射室中測(cè)量，由于電磁環(huán)境日趨惡化，開闊場(chǎng)中的背景干擾往往嚴(yán)重影響測(cè)量，因此，GB測(cè)量也開始在屏蔽半無反射室中做，但要求半無反射室中的電磁場(chǎng)分布與開闊場(chǎng)近似。天線到EUT（被測(cè)設(shè)備）的距離：GB要求為3米、10米或30米，GJB要求為1米；

10、測(cè)量?jī)?nèi)容：GB僅測(cè)量電場(chǎng)輻射發(fā)射，GJB對(duì)電場(chǎng)輻射和磁場(chǎng)輻射都要測(cè)量；測(cè)量頻率范圍：GB規(guī)定的測(cè)量范圍為30MHz 1GHz，隨著時(shí)鐘頻率的升高，有擴(kuò)展到18GHz的趨勢(shì)，GJB規(guī)定的測(cè)量頻率范圍為10kHz 18GHz，第20頁，共50頁。輻射發(fā)射測(cè)試EUT的布置：GB和GJB都要求EUT按照實(shí)際工作狀態(tài)布置（互聯(lián)電纜和所連接的外部設(shè)備全部按實(shí)際狀態(tài)連接），GB要求EUT放置在木制測(cè)試臺(tái)上，GJB要求EUT放置在金屬板上。距離地面的距離為0.8米；檢波方式：干擾測(cè)量?jī)x的讀數(shù)與檢波方式有關(guān)，因此標(biāo)準(zhǔn)中都明確規(guī)定檢波方式，GB要求準(zhǔn)峰值檢波，GJB要求峰值檢波；最大輻射點(diǎn)：與處理電磁兼容問題的原

11、則相同，僅關(guān)心最壞情況。因此，以EUT的最大輻射值為測(cè)量結(jié)果。最大輻射值的含義有4個(gè)，第一：EUT的工作狀態(tài)處于最大輻射狀態(tài)，第二：EUT最大輻射面對(duì)著天線，第三：天線的極化方向?yàn)榻邮兆畲髨?chǎng)強(qiáng)的方向，第四：天線的高度為接收最大場(chǎng)強(qiáng)的位置。GJB中，沒有第四點(diǎn)的要求，即，天線的高度是固定的。注意點(diǎn)：設(shè)備上的電纜是主要的輻射源，因此測(cè)量的結(jié)果往往與電纜的擺放位置有很強(qiáng)的相關(guān)性。這是導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不能重復(fù)的重要原因之一。所以在測(cè)量時(shí)，盡量使電纜的位置固定。第21頁，共50頁。浪涌（模擬雷電干擾）試驗(yàn)裝置信號(hào)電纜用的耦合解耦網(wǎng)絡(luò)接電網(wǎng)接輔助設(shè)備EUT發(fā)生器或耦合器之間的電纜小于2米保護(hù)地線要能夠承受浪涌

12、電流第22頁，共50頁。浪涌敏感度試驗(yàn)波形10s0.5s50s1.2s8s20s電壓 電流 t t t 電壓 第23頁，共50頁。電快速脈沖試驗(yàn)裝置容性卡鉗距參考地100mm,輪流卡每根電纜EUT與參考地平面之間的距離大于100mm參考地平面的每個(gè)邊要超出EUT100mm并與大地相連EUT與發(fā)生器或卡鉗之間的電源線或信號(hào)線長度小于1米脈沖群信號(hào)源連輔助設(shè)備與端接第24頁，共50頁。電快速脈沖試驗(yàn)波形(模擬感性負(fù)載斷開)雙指數(shù)脈沖15ms脈沖串(5kHz)脈沖串間隔是300ms第25頁，共50頁。靜電放電現(xiàn)象放電電流 I1ns100nsIt人體放電波形第26頁，共50頁。靜電放電試驗(yàn)裝置水平耦合

13、板1.60.8mEUT絕緣墊垂直耦合板500mm正方形，距EUT100mm直接對(duì)EUT放電垂直板間接放電絕緣桌參考地板 1m2邊沿比耦合板外延 500mm耦合板通過470k電阻接地對(duì)于落地設(shè)備，水平耦合板=垂直耦合板，EUT放在100mm厚的絕緣板上水平板間接放電第27頁，共50頁。 ESD根據(jù)靜電放電對(duì)設(shè)備造成危害的機(jī)理，靜電放電試驗(yàn)也從兩個(gè)方面進(jìn)行，一種是直接放電試驗(yàn)，另一種是感應(yīng)場(chǎng)試驗(yàn)。直接放電試驗(yàn)：這種試驗(yàn)?zāi)M了在實(shí)際環(huán)境中，導(dǎo)電物體與設(shè)備接觸時(shí)發(fā)生的靜電放電現(xiàn)象。按照標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)設(shè)備上能夠被觸及的部位都要做這個(gè)試驗(yàn)。當(dāng)在某個(gè)部位發(fā)生靜電放電時(shí)，靜電放電電流直接經(jīng)過設(shè)備流向大地，具體

14、采取什么路徑取決于設(shè)備的結(jié)構(gòu)。直接放電試驗(yàn)又分為接觸放電和非接觸放電。接觸放電試驗(yàn)中，放電針直接與受試設(shè)備接觸。非接觸放電試驗(yàn)中，放電針不直接與受試設(shè)備接觸，通過火花放電。非接觸放電模擬了實(shí)際中的情況，因?yàn)樵趯?shí)際中，帶電物體都是逐漸接近設(shè)備的。第28頁，共50頁。 ESD感應(yīng)放電：這個(gè)試驗(yàn)不是直接在受試設(shè)備上放電，而是在附近的接地金屬板上放電，當(dāng)發(fā)生放電時(shí)，金屬板附近會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，試驗(yàn)的目的是看設(shè)備是否會(huì)受到這個(gè)電磁場(chǎng)的影響。這個(gè)試驗(yàn)?zāi)M了設(shè)備附近一個(gè)設(shè)備發(fā)生靜電放電的情況。第29頁，共50頁。試驗(yàn)波形不僅靜電的幅度會(huì)影響試驗(yàn)的結(jié)果，而且干擾的波形也很重要。為了保證實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性，和與現(xiàn)實(shí)中干

15、擾的相似性，對(duì)波形明確定義是十分必要的。第30頁，共50頁。分貝(dB) 的概念分貝的定義：分貝數(shù) 10lgP2P1P1、P2 是兩個(gè)功率數(shù)值，對(duì)于電流或電壓，定義如下：電壓增益的分貝數(shù) 20lgV2V1電流增益的分貝數(shù) 20lgI2I2第31頁，共50頁。電磁兼容中為什么喜歡用分貝使用分貝數(shù)的好處是，用較小的坐標(biāo)可以描述很寬的范圍。由于在EMC中，干擾的幅度范圍和頻率范圍都很寬，因此用分貝描述更加方便。第32頁，共50頁。用分貝表示的物理量絕對(duì)數(shù)值分貝也可以表示各個(gè)物理量的絕對(duì)數(shù)值，表示這個(gè)物理量與某一個(gè)參考數(shù)值的比較。當(dāng)以“1”為參考值時(shí)，各個(gè)物理量的單位就變成用分貝表示的形式。下面是一些

16、常用的物理量單位： 電壓 電流 電場(chǎng)強(qiáng)度 功率 dBV, dBV dBA, dBA dBV/m dBW, dBmW 例如：1V = 0dBV ，100V = 40dBV 第33頁，共50頁。用分貝表示的物理量電壓：用1V、1mV、1V 為參考（例如：1V = 0dBV） 則單位為：dBV、dBmV、dBV 等，電流：用1A、1mA、1A 為參考，則：dBA、dBmA、dBA場(chǎng)強(qiáng)：用1V/m、1V/m 為參考，則：dBV/m、dBV/m 等，功率：用1W、1mW 為參考，則：dBW、dBm等，第34頁，共50頁。頻域分析時(shí)域波形頻譜分量付立葉級(jí)數(shù)(周期)付立葉變換(非周期)EMC分析更多是在頻域

17、中進(jìn)行，并且不考慮相位因素。示波器觀察頻譜分析儀觀察第35頁，共50頁。頻譜分析儀幅度頻率掃描速率（時(shí)間）分辨帶寬頻率范圍第36頁，共50頁。頻譜分析儀頻譜分析儀是做電磁兼容診斷、測(cè)量的重要工具。頻譜分析儀能夠快速地在較寬的頻率范圍內(nèi)掃描，因此是診斷電磁干擾發(fā)射的方便工具。使用頻譜分析儀時(shí)需要注意的問題：頻譜分析儀不能觀測(cè)瞬間干擾，如靜電放電、雷電等；頻譜分析儀的掃描時(shí)間不能設(shè)置得太短，即不能使掃描速度太快；從頻譜分析儀屏幕上讀取頻率與幅度數(shù)據(jù)時(shí)，其精度與頻譜儀的掃描范圍有關(guān)，范圍越窄，精度越高；當(dāng)輸入信號(hào)過大時(shí)，頻譜分析儀會(huì)發(fā)生過載，使讀取的幅度數(shù)據(jù)比實(shí)際的小，用輸入衰減器可以避免過載；減小

18、頻譜儀的中頻帶寬可以提高儀器的靈敏度（和選擇性），但掃描時(shí)間會(huì)更長； 寬帶信號(hào)的幅度會(huì)隨著中頻分辨帶寬的增加而增加；第37頁，共50頁。電磁干擾(EMI)接收機(jī)電磁干擾(EMI)接收機(jī)是另一種測(cè)量電磁干擾的設(shè)備，許多人在選購儀器時(shí)搞不懂接收機(jī)與頻譜儀之間的區(qū)別，下面做一簡(jiǎn)單比較：所有的接收機(jī)都標(biāo)準(zhǔn)配置預(yù)選器（頻譜儀需要選配），能夠有效地抑制帶外噪聲；所有的接收機(jī)用基頻混頻方式（頻譜儀使用基頻和諧頻混頻），具有較高的靈敏度；接收機(jī)的中頻濾波器為矩形（頻譜儀的中頻濾波器為高斯形），具有更好的選擇性；接收機(jī)適合于正式測(cè)量，不適合于診斷。第38頁，共50頁。脈沖信號(hào)的頻譜T1/d1/trdtr 諧波幅

19、度（電壓或電流）頻率（對(duì)數(shù)）-20dB/dec-40dB/decAV( or I) = 2A(d+tr)/TV( or I) = 0.64A/TfV( or I) = 0.2A/Ttrf2第39頁，共50頁。電磁兼容分析中的化簡(jiǎn)在分析電磁兼容問題時(shí)，有兩個(gè)特殊條件可以利用，使問題簡(jiǎn)化。一個(gè)是通常不考慮相位，僅考慮頻譜的幅度；另一個(gè)是，通?？紤]最壞情況。因此，在分析中，常將頻譜用最大幅度的包絡(luò)線來表示。第40頁，共50頁。周期性脈沖信號(hào)的頻譜包絡(luò)圖中所示的是周期性脈沖信號(hào)的頻譜包絡(luò)線。周期信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻譜是離散譜，每根譜線的距離是脈沖重復(fù)頻率的整倍數(shù)。這個(gè)包絡(luò)線上有兩個(gè)拐點(diǎn)，一個(gè)在1/d處，另一個(gè)

20、在1/tr處。在1/d以下，包絡(luò)線幅度保持不變，在1/d至1/tr之間，幅度以20dB/dec的速率下降，在1/tr以上，以40dB/dec下降。1/tr的頻率稱為脈沖信號(hào)的帶寬。脈沖信號(hào)的上升時(shí)間越短，則信號(hào)的頻帶越寬。說明：周期信號(hào)是電磁干擾發(fā)射的主要因素，因此設(shè)計(jì)中要特別注意時(shí)鐘信號(hào)、振蕩器等產(chǎn)生的干擾。第41頁，共50頁。非周期的脈沖信號(hào)的頻譜由于非周期性脈沖信號(hào)的頻譜是連續(xù)譜，因此用頻譜強(qiáng)度來表示。頻譜強(qiáng)度以一定頻帶內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度來計(jì)量，例如對(duì)于電壓：?jiǎn)挝粸閐BV/MHz，對(duì)于電流，單位為dBA/MHz。對(duì)于特定脈沖信號(hào)，頻譜強(qiáng)度為：f 1/d ： V = 6 + 20lg AT （dBV/MHz）1/d f 1/tr