《電氣干擾與抗干擾》課件

電氣干擾與抗干擾電氣干擾是指外部電磁能量或內(nèi)部信號(hào)噪聲影響電子設(shè)備正常工作的一種現(xiàn)象?？垢蓴_技術(shù)旨在減少或消除電氣干擾，確保電子設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。課程目標(biāo)理解電氣干擾了解電氣干擾的類型、來(lái)源、危害及常見應(yīng)用。掌握抗干擾技術(shù)學(xué)習(xí)屏蔽、濾波、接地、電源設(shè)計(jì)等抗干擾技術(shù)。提高設(shè)計(jì)能力具備設(shè)計(jì)抗干擾電路的能力，有效地提高電子設(shè)備的可靠性。電氣干擾概述電路功能故障電氣干擾會(huì)導(dǎo)致電路功能故障或性能下降，甚至可能造成設(shè)備損壞。噪聲和信號(hào)失真干擾會(huì)導(dǎo)致電子設(shè)備發(fā)出噪音或信號(hào)失真，影響用戶體驗(yàn)或數(shù)據(jù)傳輸。電氣設(shè)備過(guò)熱干擾可能導(dǎo)致電氣設(shè)備過(guò)熱，增加火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，甚至影響設(shè)備壽命。信號(hào)干擾干擾會(huì)影響電子設(shè)備的正常信號(hào)傳輸，導(dǎo)致通信中斷或數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。電磁兼容性定義電磁兼容性是指電子設(shè)備在電磁環(huán)境中正常工作的能力，以及不給周圍環(huán)境造成電磁干擾的能力。重要性隨著電子設(shè)備的普及，電磁干擾問題日益突出，電磁兼容性成為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)和應(yīng)用的重要保障。應(yīng)用電磁兼容性設(shè)計(jì)涉及多個(gè)領(lǐng)域，包括電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)、電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)、測(cè)試和認(rèn)證等。電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)名稱描述IEC61000國(guó)際電工委員會(huì)制定的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋電磁干擾和電磁抗擾性。CISPR國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì)制定的無(wú)線電干擾和電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)。FCC美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)制定的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)，主要針對(duì)無(wú)線電發(fā)射設(shè)備。EN歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)制定的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋各種電子設(shè)備。電磁干擾產(chǎn)生機(jī)理1電磁輻射電子設(shè)備工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁波，這些電磁波會(huì)輻射到周圍空間，對(duì)其他設(shè)備造成干擾。2電磁耦合電磁波可以耦合到其他設(shè)備的電路中，導(dǎo)致電壓或電流的變化，從而產(chǎn)生干擾。3電磁感應(yīng)當(dāng)導(dǎo)體在變化的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，導(dǎo)致電路中產(chǎn)生干擾電流。傳導(dǎo)干擾定義通過(guò)導(dǎo)線或其他導(dǎo)電路徑傳播的干擾，例如電源線、信號(hào)線等。類型共模干擾差模干擾來(lái)源開關(guān)電源、電機(jī)、變壓器等設(shè)備。危害影響設(shè)備正常工作，甚至損壞設(shè)備。輻射干擾11.電磁波輻射電磁波輻射是指電磁場(chǎng)能量以波的形式傳播。22.干擾源電磁波輻射源通常是電子設(shè)備。33.干擾接收器干擾接收器是受到電磁波輻射影響的設(shè)備。44.傳播途徑電磁波輻射可以通過(guò)空氣傳播。電源干擾電網(wǎng)波動(dòng)電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定，可能出現(xiàn)電壓跌落、電壓過(guò)高或頻率波動(dòng)，對(duì)電子設(shè)備造成干擾。電磁干擾電網(wǎng)自身產(chǎn)生的電磁輻射，會(huì)影響附近的電子設(shè)備，導(dǎo)致信號(hào)失真或誤操作。開關(guān)與繼電器干擾開關(guān)與繼電器工作原理開關(guān)和繼電器是常見的電子元件，它們?cè)诠ぷ鲿r(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，影響周圍電路或設(shè)備的正常工作。干擾產(chǎn)生原因開關(guān)和繼電器的觸點(diǎn)在閉合和斷開時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電弧，進(jìn)而產(chǎn)生電磁干擾。它們?cè)诠ぷ鲿r(shí)，也會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，影響周圍的電路或設(shè)備。干擾類型開關(guān)與繼電器干擾主要包括傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。傳導(dǎo)干擾是指通過(guò)線路傳播的干擾，輻射干擾是指通過(guò)電磁波傳播的干擾。抑制干擾措施抑制開關(guān)與繼電器干擾的措施包括使用屏蔽，濾波，接地等技術(shù)。模擬與數(shù)字電路干擾模擬電路干擾模擬電路通常容易受到噪聲和干擾的影響。例如，電磁干擾會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真、噪聲增加或功能故障。數(shù)字電路干擾數(shù)字電路對(duì)噪聲和干擾的敏感程度較高。噪聲可能會(huì)導(dǎo)致邏輯錯(cuò)誤，進(jìn)而影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。混合電路干擾混合電路中，模擬和數(shù)字信號(hào)可能相互干擾。例如，數(shù)字電路產(chǎn)生的高頻噪聲可能會(huì)影響模擬信號(hào)的精度。電子設(shè)備的抗干擾設(shè)計(jì)電子設(shè)備的抗干擾設(shè)計(jì)至關(guān)重要，可以有效提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，延長(zhǎng)使用壽命?？垢蓴_設(shè)計(jì)主要關(guān)注三個(gè)方面：降低自身發(fā)射的干擾，提高對(duì)外部干擾的免疫能力，以及確保設(shè)備自身正常工作。屏蔽技術(shù)11.屏蔽原理屏蔽是通過(guò)在電子設(shè)備或電路周圍放置導(dǎo)電材料來(lái)減弱或阻斷電磁場(chǎng)，使設(shè)備或電路免受外部電磁干擾。22.屏蔽材料常用的屏蔽材料包括金屬材料、導(dǎo)電涂料和導(dǎo)電塑料。33.屏蔽結(jié)構(gòu)屏蔽結(jié)構(gòu)包括金屬外殼、金屬網(wǎng)格、導(dǎo)電涂層、金屬箔等形式。44.應(yīng)用場(chǎng)景屏蔽技術(shù)廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備、電氣設(shè)備、通信系統(tǒng)、航空航天等領(lǐng)域。濾波技術(shù)電容濾波電容濾波器可以抑制高頻噪聲，阻擋干擾信號(hào)進(jìn)入電路。電感濾波電感濾波器可以抑制低頻噪聲，使低頻信號(hào)順利通過(guò)。帶通濾波帶通濾波器允許特定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過(guò)，抑制其他頻率的信號(hào)。接地技術(shù)接地類型接地類型主要分為保護(hù)接地、工作接地、防靜電接地和直流接地。保護(hù)接地用于將設(shè)備外殼與大地連接，保證人體安全。接地設(shè)計(jì)接地設(shè)計(jì)要考慮接地電阻、接地方式和接地線的尺寸。接地電阻越低，接地效果越好。接地材料常見的接地材料包括銅、鐵、鋁等。接地材料應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性、抗腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度。接地測(cè)試接地測(cè)試用于測(cè)量接地電阻，以確保接地效果。電源設(shè)計(jì)技術(shù)11.穩(wěn)定性電源電路應(yīng)提供穩(wěn)定的電壓和電流，避免波動(dòng)和噪聲對(duì)設(shè)備的負(fù)面影響。22.效率電源的轉(zhuǎn)換效率要高，盡量減少能量損耗，提高整體系統(tǒng)效率。33.安全性電源的設(shè)計(jì)應(yīng)符合安全標(biāo)準(zhǔn)，避免發(fā)生觸電、過(guò)熱或短路等事故。44.可靠性電源要具有良好的可靠性，能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，并能適應(yīng)惡劣的電磁環(huán)境。電路布局與走線技術(shù)1合理布局減少信號(hào)線長(zhǎng)度，縮短信號(hào)傳播路徑。2走線規(guī)則高頻信號(hào)線與低頻信號(hào)線分離，避免相互干擾。3屏蔽設(shè)計(jì)對(duì)敏感電路進(jìn)行屏蔽，防止外部電磁干擾。4接地技術(shù)采用良好的接地方式，降低地線阻抗。合理的電路布局和走線設(shè)計(jì)是抗干擾設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)優(yōu)化電路布局和走線，可以有效減少電磁干擾，提高電子設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。電子電路抗干擾設(shè)計(jì)實(shí)例電子電路抗干擾設(shè)計(jì)實(shí)例包括但不限于：汽車電子工業(yè)控制系統(tǒng)醫(yī)療電子設(shè)備航空航天電子設(shè)備通過(guò)分析案例，可以學(xué)習(xí)到抗干擾設(shè)計(jì)的基本方法和技巧。EMC測(cè)試方法電磁干擾測(cè)試測(cè)量電磁場(chǎng)輻射頻譜分析瞬態(tài)分析傳導(dǎo)干擾測(cè)試電流測(cè)量電壓測(cè)量頻譜分析電磁脈沖測(cè)試模擬電磁脈沖測(cè)量設(shè)備抗擾度靜電放電測(cè)試模擬靜電放電評(píng)估設(shè)備抗靜電能力導(dǎo)體干擾測(cè)試導(dǎo)體干擾測(cè)試主要用于評(píng)估設(shè)備在導(dǎo)體路徑上所產(chǎn)生的電磁干擾。測(cè)試過(guò)程通常使用專門的測(cè)試設(shè)備，例如網(wǎng)絡(luò)分析儀，來(lái)測(cè)量設(shè)備在特定頻率范圍內(nèi)的電磁輻射強(qiáng)度。測(cè)試結(jié)果將用于評(píng)估設(shè)備是否符合相關(guān)的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)。輻射干擾測(cè)試輻射干擾測(cè)試是評(píng)估電子設(shè)備在工作時(shí)，是否會(huì)產(chǎn)生超出限值的電磁輻射，從而影響周圍其他設(shè)備正常工作。測(cè)試方法包括傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試、輻射發(fā)射測(cè)試和電磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量等。測(cè)試結(jié)果將直接影響產(chǎn)品的電磁兼容性評(píng)估和認(rèn)證。電磁脈沖測(cè)試電磁脈沖(EMP)測(cè)試模擬真實(shí)環(huán)境中發(fā)生的電磁脈沖事件，例如雷擊、核爆或其他高能電磁輻射事件。測(cè)試目的是評(píng)估電子設(shè)備對(duì)強(qiáng)電磁干擾的抗擾能力，確保其在惡劣環(huán)境下仍能正常運(yùn)行。100ns脈沖寬度典型EMP脈沖寬度10kV/m電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試環(huán)境電場(chǎng)強(qiáng)度100A電流幅值測(cè)試電流靜電放電測(cè)試靜電放電(ESD)測(cè)試模擬電子設(shè)備暴露在靜電放電事件中的情況，這可能導(dǎo)致設(shè)備損壞或功能故障。這種測(cè)試對(duì)于確保電子設(shè)備在現(xiàn)實(shí)世界中的可靠性至關(guān)重要。ESD測(cè)試通常使用稱為靜電放電發(fā)生器的專用設(shè)備進(jìn)行，該設(shè)備產(chǎn)生可控的靜電放電脈沖。然后將這些脈沖應(yīng)用于電子設(shè)備，以模擬各種靜電放電事件。ESD測(cè)試的目的是確定電子設(shè)備對(duì)靜電放電的敏感程度以及在暴露于靜電放電時(shí)設(shè)備是否能夠正常工作。測(cè)試結(jié)果可用于改進(jìn)電子設(shè)備設(shè)計(jì)，以提高其對(duì)靜電放電的抵抗力。浪涌抗擾性測(cè)試測(cè)試目的評(píng)估電子設(shè)備在遭遇瞬態(tài)過(guò)電壓時(shí)的抗干擾能力測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-5，GB/T17626.5測(cè)試方法將模擬浪涌電壓施加到設(shè)備的電源線或信號(hào)線，觀察設(shè)備的正常運(yùn)行情況抗電磁干擾設(shè)計(jì)方法總結(jié)屏蔽技術(shù)屏蔽技術(shù)采用金屬外殼或?qū)щ娡繉?，隔離電磁干擾源和敏感電路，有效阻隔電磁波傳播，提高抗干擾能力。濾波技術(shù)濾波技術(shù)通過(guò)電容、電感等元件構(gòu)成濾波電路，抑制特定頻率的干擾信號(hào)，保證電路正常工作，提高抗干擾性能。接地技術(shù)接地技術(shù)通過(guò)連接導(dǎo)線將電路中的干擾電流引導(dǎo)至大地，防止干擾電流在電路中形成干擾電壓，降低干擾影響。電源設(shè)計(jì)技術(shù)電源設(shè)計(jì)技術(shù)通過(guò)采用低噪聲電源、濾波器等措施，降低電源干擾，提高電源質(zhì)量，減少對(duì)電路的干擾影響。案例分析電氣干擾會(huì)影響電子設(shè)備的正常工作。例如，在汽車電子系統(tǒng)中，電氣干擾會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)失控、儀表盤故障等問題。在醫(yī)療設(shè)備中，電氣干擾會(huì)導(dǎo)致誤診、手術(shù)失敗等嚴(yán)重后果。在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，電氣干擾會(huì)造成生產(chǎn)線停產(chǎn)、設(shè)備損壞等損失。因此，針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，需要采取相應(yīng)的抗干擾設(shè)計(jì)措施，確保電子設(shè)備能夠在電氣干擾環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。問題討論本節(jié)將對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行深入探討，并鼓勵(lì)學(xué)生積極提問，分享個(gè)人見解。討論的主題涵蓋電氣干擾的最新研究成果、實(shí)際工程應(yīng)用中的挑戰(zhàn)和解決方案，以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)等。通過(guò)互動(dòng)式討論，學(xué)生可以加深對(duì)電氣干擾與抗干擾理論的理解，并提升解決實(shí)際問題的能力。同時(shí)，也為教師提供寶貴的教學(xué)反饋，幫助優(yōu)化課程內(nèi)容和教學(xué)方法。課程總結(jié)電氣干擾與抗干擾電氣干擾會(huì)對(duì)電子設(shè)備造成嚴(yán)重影響。了解電氣干擾的產(chǎn)生機(jī)理以及抗干擾技術(shù)至關(guān)重要?？垢蓴_技術(shù)屏蔽、濾波、接地等技術(shù)可以有效抑制電磁干擾，提高設(shè)備的抗干擾能力。設(shè)計(jì)與測(cè)試設(shè)計(jì)階段應(yīng)考慮抗干擾設(shè)計(jì)，并進(jìn)行EMC測(cè)試，確保