电磁兼容复习要点

第一章绪论电磁兼容的含义电磁兼容是研究在有限的空间、有限的时间、有限的频谱资源条件下，各种用电设备（系统、分系统，广义的还包括生物体）可以共存并不致引起降级的一门科学。电磁兼容的基本概念►信号：对电子电气电路工作“有用”的电信号，包括待处理的电信号、希望产生的输出等。►噪声：除“有用”电信号以外的所有电信号，均是噪声。噪声对电路的工作多少都有些影响。►干扰：由噪声导致的“不希望"出现的结果称为干扰。电磁兼容的三要素电磁环境、EMS电磁敏感度、EMI电磁干扰电磁干扰的三要素干扰源，传播途径，敏感设备电磁兼容设计时应注意的原则不单纯追求抗干扰性能：自始至终，全程参与；从源头下手，标本兼治；全局考虑，不留死角；与时俱进：因地制宜，充分考虑性能、成本、可靠性等之间的综合效益；根据系统特点，对症下药；第二章抗干扰技术按传播途径不同的干扰分类方法根据干扰进入系统途径的不同，干扰常被分为两大类类：传导干扰是通过导线，阻容，变压器等传播干扰，即“路”的干扰；另一种是辐射干扰，通过空间进行传播，艮阡场”的干扰。细分又分为直接传导干扰、公共阻抗干扰、电场耦合干扰、磁场耦合干扰、电磁场耦合干扰。传导干扰的特点及抑制方法特点：干扰进入设备的途径是电气连线。＞传导干扰是普遍存在的＞传导干扰极易在系统内部通过电气连线传递＞系统间的设备会通过电气连线相互传导干扰（传导干扰）抑制方法：利用源阻抗的差异对传导干扰进行抑制…•降低敏感设备的输入阻抗。一般而言，干扰源的阻抗较大，而信号源的阻抗较小。实例：（1）MOS管经常发生过压损坏？？？？？MOS管是高输入阻抗器件（大于100MQ），任何一点微小的干扰信号都会在其输入端产生很高的电压幅值，干扰MOS管的工作，甚至击穿。在MOS管栅极和源极之间并小电阻，降低栅源之间的输入阻抗，并联稳压管，限制其输入幅值。（2）光耦光耦一般只适于传递数字信号分布电容的存在，会为高频传导噪声提供一条进入系统的途径。利用信号与干扰的持续时间不同干扰一般随机出现，多是以高频脉冲的形式出现，而有用的信号一般持续时间较长。实例：按键的防抖处理利用频谱的差异对传导干扰进行抑制…-加设各种滤波器，其中最常用是低通滤波器。一般而言，干扰的频谱较高，而信号的频谱较低。无源滤波器与有源滤波器有什么区别？无源滤波器：这种电路主要有无源元件R、L和C组成。有源滤波器：集成运放和R、C组成，具有不用电感、体枳小、重量轻等优点。结论：小电流在要求纹波较小时，往往采用有源滤波，而大电流时采用无源滤波电磁兼容中滤波器的几个设计原则：1、 结构简单2、 合理选用无源滤波，或有源滤波3、 电感、电容必须仔细选型、小心使用4、 对于高频干扰，器件的分布参数影响很大课堂讨论：为什么尽量不采用有源器件设计EMC滤波器＞有源器件本身对噪声相对比较敏感，因此并不适合用于EMC设计。＞有源器件本身热噪声一般比无源器件要严重。＞即是使用有源器件，也应对电信号进行必要的预处理。＞在大电流的场合，有源滤波实现成本非常高。课堂讨论1、 干扰通过电气连线进入系统，会出现什么情况？干扰将和信号混杂在一起。2、 如何抑制传导干扰？利用干扰和信号之间的差异，将干扰“过虑”掉。3、有哪些差异可以被利用呢？两者一般在源阻抗、能量、频谱、持续时间等方面都有很大的不同。 因此抑制传导干扰的关键和前提是找出信弓和传导噪声之间可以被利用的差异。电感、电容等器件的分布参数的影响线绕电感匝间的分布电容影响电感的高频特性电容两端的引线电感影响电容的高频特性磁环磁珠磁环磁珠可以看成是一个电阻值随着频率增加而增加的电阻，当高频信号通过磁珠时，电磁能量以热的形式耗散掉。铁氧体磁环、磁珠的主要优点：►使用非常方便，直接套在需要滤波的电缆上即可。►不像其它滤波方式那样需要接地，因此对结构设计、线路板设计没有特殊的要求。►比电感具备更好的高频特性。电感与磁珠的区别►电感是储能元件，而磁珠是能量转换（消耗）器件►电感主要用于电源回路的滤波，而磁珠一般用于信号回路。►电感主要用于中低频、大电流的电路滤波，磁珠主要用于超高频、小信号的滤波。电容的分类及各自的特点铝电解电容CD►体积大、容量大►等效电感较大►适用于低频场合►有极性►对温度敏感担电解电容CA►等效电感、等效电阻、对温度的敏感性好很多►耐压比较低纸介电容CZ►容量体积比很小。►耐压较高►串联电阻小，感抗值较大。►适用于电容量不大、工作频率不高的场合，（低频滤波和旁路）。►使用时，应把外壳与参考地相连，以使其外壳能起到屏蔽的作用而减少电场耦合的影响。云母电容CY瓷片电容CC►容量体积比小。电容量在0.111以下。►串联电阻小，等效电感小，频率/容量/温度特性稳定。►它适用于电容量小、工作频率高（可达500MHz）的场合，用于高频滤波、旁路、去耦。►承受瞬态高压脉冲能力较弱。聚苯乙烯电容CBB►串联电阻小，等效电感值小。►容量在0.001U-2.2Uo►电容量相对时间、温度、电压很稳定。►耐热性能较差。►它适用于要求频率稳定性高的场合，可用于高频滤波、旁路、去耦。三端电容静噪作用穿心电容►地电极围绕在介质周困而信号线穿过介质►电感值很小，高频性能极好►工作电流和工作电压很高►防止一些干扰进入屏蔽体内►使用时外壳必须保证良好接地对于频率较低的传导干扰，如何滤除？如果采用滤波器，不可避免使用较大的电容和电感。采用数字方法，比如数字滤波、坏值剔除等。如果传导干扰已经进入系统，怎么办？提高系统的抗扰性（1） 采用数字信号（2） 采用滞环比较器公共阻抗干扰的成因噪声电流在系统间的公共阻抗上产生噪声电压，并由此对系统的工作产生干扰。单点接地系统的特点单点接地系统一般线路都比较长，引线长会使电感量增大，不适合高频，不适合有很快的上升下降沿的数字电路，要求单点接地系统的地线长度小于＜“20。公共阻抗干扰的抑制方法＞减小公共阻抗，也即是尽量减小连线的公共阻抗：＞避免噪声电流流过公共阻抗；＞尽可能减小敏感环节受干扰的程度；（1）电源去耦是电路设计中最常用的电磁兼容措施之一采取多个电源引脚，可以减小电源部分公共阻抗的影响。去耦电容就近与电源引脚连接。采用高频特性好的电容器。电解电容高频特性很差，因此常采用组合方案。用铁氧体增加电源端阻抗用细线增加电源端阻抗课堂讨论：为什么很多模数混合系统都建议将数字地与模拟地分开？模拟电路容易受到数字电路的干扰电感耦合干扰的成因及抑制方法系统间通过磁场传递的干扰，就是电感耦合干扰根据电感耦合的定性公式，可以总结出以下特点：＞主要通过磁场传播，与系统间的互感有关。 =Jla＞干扰磁场主要由干扰电流产生，与电流大小有关。＞与干扰电流的频率有关。根据电感耦合干扰的特点，可以总结出以下抑制措施：＞减小系统间的互感一改变系统间的相对位置＞阻挡磁力线一磁屏蔽高导磁率的材料对付高频磁场干扰利用涡流提高屏蔽层的导电性；保证电流通路的完整：确保屏蔽层与磁场的相对位置；对付低频磁场干扰利用涡流磁屏蔽往往是唯一选择利用双绞线实现磁场屏蔽＞降低系统阻抗一减小干扰电压的影响双绞线的抗干扰效果双绞线对外界磁场有一定的抑制作用。双绞线也可以抑制自身电流产生的干扰磁场。磁场屏蔽的效果与“绞距”有关。机柜内布线…•尽量减少信号与地线的环路面积产生噪声的元件尽量靠近负载电容耦合干扰的成因及抑制方法系统间通过电场耦合的干扰电容耦合干扰的特点＞通过电场传播，与系统间分布电容有关。＞干扰电场主要由干扰电压产生，与电压大小有关。＞与干扰电压的频率有关。＞与系统的对地阻抗有关。电容耦合干扰的抑制＞减小系统间的分布电容一改变系统间的相对位置。增大系统之间的距离＞阻挡电力线一电场屏蔽（静电屏蔽）。所谓电场屏蔽，就是利用处于零电位的金属体，对电场进行“阻隔”屏蔽。＞降低系统的对地阻抗一减小干扰电压的影响。电磁场耦合干扰的抑制电磁场屏蔽是对付电磁场耦合干扰最主要的方法。电磁场屏蔽的作用和影响的因素？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？1、 吸收作用-一频率磁导率电导率越高，吸收越好2、 反射作用一屏源距离，波阻抗，电磁场源-一阻抗相差越大，反射损耗越大3、多次反射衰减远场近场的划分，及干扰在不同场中表现出的特性近场和远场的分解一般定义为(人/2兀)，X为波长。/在近场，主要表现为磁场特性或电场特性，对应于电感耦合干扰和电容耦合干扰。/在远场，则表现为电磁场耦合干扰。波阻抗的概念，不同类型场的波阻抗电磁波中的电场分技与磁场分虽的比值称为波阻抗定义为Zw=E/H波阻抗的值：近场区中，波阻抗的值取决于辐射源的性质、观测点到源的距离、介质特性等。若辐射源为大电流、低电压(辐射源电路的阻抗较低)，则产生的电磁波的波阻抗小于377,称为低阻抗波，或磁场波。若辐射源为高电压，小电流(辐射源电路的阻抗较高)，则波阻抗大于377,称为高阻抗波，或电场波。在远场区，波阻抗仅与电场波传播介质有关，其数值等于介质的特性阻抗，空气为377波阻抗的变化：在近场区内，特定电场波的波阻抗随距离而变化。如果是电场波，随若距离的增加，波阻抗降低，如果是磁场波，随若距离的增加，波阻抗升高。在远场区，波阻抗保持不变。注意：近场区和远场区的分界面随频率的不同而不同，不是一个定数，这在分析问题时要注意。第三章屏蔽和接地■三种屏蔽的机理及要求机理屏蔽体特点磁场屏蔽高导磁材料对磁场屏蔽；利用涡流产生的磁场对噪声磁场进行屏蔽；高磁导率高导电性要求导磁屏蔽体有一定的厚度；要求导电屏蔽体有良好的导电性；要求屏蔽体完整；电场屏蔽利用接地的导电屏蔽体对噪声电场进行屏蔽高导电性屏蔽体要求良好接地；高频噪声干扰要求屏蔽体完整；电磁场屏蔽利用金属材料对电磁波进行反射和吸收与材料特性密切相关；要求屏蔽体有一定的厚度；要求屏蔽体完整；屏蔽体的表面影响效果；.对于机壳开孔及接缝的处理？？？1、 接缝(1)卷焊(2)点焊-…电焊间隔＜2/20 (3)电磁密封衬垫2、 开孔(1)开盖要密封(导电) (2)位置、方向(阻挡磁场线和电场线)尺寸、形状…•尽量是小孔圆孔，所控制波的波长的1/5通风口的处理…•截止波导管…-频率低的电磁波损耗很大■接地的作用1、 作为系统的电位参考点（零电位点）'2、 为了保证人身和设备的安全的安全接地；3、 电磁兼容领域为了确保电场屏蔽的效果■屏蔽线的使用方法？？？？屏蔽线：由芯线和屏蔽层组成低频1、电容性耦合一外皮接地即可低频2、电感性耦合…•外皮一点接地如果外皮干扰频率=53,则外皮干扰电压接近等于Vn（屏蔽失效）。高频-…多点接地对付高频电场耦合干扰，采用多点接地，保证屏蔽层的“零电位".>10MHz■串联单点接地、并联单点接地、多点接地的特点1、 结构简单，但公共阻抗干扰的影响最严重。2、 接地结构复杂，但公共阻抗干扰的影响较小。3、 复合式单点接地将线路或装备加以归类，而同时使用串联与并联法，可同时兼顾降低公共阻抗干扰影响和简化接地结构的优点。单点接地系统的特点：单点接地系统一般线路都比较长引线长会使电感量增大不适合高频，不适合有很快的上升下降沿的数字电路要求单点接地系统的地线长度小于vA/20o■设备的分套路接地三套路、四套路g号地（低电平地，A模拟地、D数字地）噪声地（继电器、电动机、大功率开关）金属地（壳架地）电源的（高电平地）正确接法如图f四套路，也可②和④直接连接一三套路。■搭接的要求…-设备金属部分之间的低阻抗连接搭接时，金属面应予以清洁，不得有油漆或其它杂物，搭接完成后，可涂以油漆或施以其它之防蚀保护。此外，搭接时应考虑不同金属之电化效应，并应尽量减少接触盐水、汽油等，以防电能作用。第四章差模干扰和共模干扰■差模干扰的成因及抑制方法1、 差模干扰本质上就是传导干扰；2、 差模干扰的抑制方法与传导干扰一样；利用源阻抗的差异对传导干扰进行抑制一般而言，干扰源的阻抗较大，而信号源的阻抗较小。降低敏感设备的输入阻抗。利用信号与干扰的持续时间不同利用频谱的差异对传导干扰进行抑制加设各种滤波器，其中最常用的滤波器是低通滤波器。3、差模干扰无法用差分电路去除；■共模干扰的形成原因同时等量干扰存在于系统不同的端口■共模干扰的危害1、 共模（干扰）电压太大，会引起系统（电路、器件等）的物理损坏或工作异常。■共模干扰的形成原因同时等量干扰存在于系统不同的端口■共模干扰的危害1、 共模（干扰）电压太大，会引起系统（电路、器件等）的物理损坏或工作异常。2、 共模噪声部分转化成差模干扰，从而干扰系统。共模噪声转化成差模干扰的多少，取决于系统的不平衡程度。 Zr+ Z-■共模干扰的抑制方法 +=，+）+（丑+）〃1、 尽量提高系统的平衡性。理论上可行，现实性较差。尽量提高Z1+和Zi・。尽量减小ZL+和ZL-o使ZL+和ZL-尽量一致。尽量提高ZL+和ZL-O2、 提高输入阻抗3、 隔离传输■浮地系统的实现及抗干扰原理所谓“浮地系统"，就是其“地”与其它系统的地不直接连接的系统，包括与大地隔离、与安全接地隔离浮地系统可以抑制共模干扰的影响；将系统的电位参考点与屏蔽层相连，使两者等电位；U-= Un(刀-)+(丑-)干扰源Vn—MA/ZL-Zi-Uicn=(U+)_(U—)第五章电源系统的抗干