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一文读懂电磁兼容性原理、方法及设计方法

2018年05月21日 02:54 次阅读

什么是电磁兼容

电磁兼容性(EMC)是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此,EMC包括两个方面的要求:一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值;另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度,即电磁敏感性。

电磁兼容的主要研究对象

①各种人为噪声,如输电线电晕噪声、汽车噪声、接触器自身噪声及导体开台时放电引起的噪声、电气机车噪声、城市噪声等。

②共用走廊内各种公用事业设备(输电线、通信、铁路、公路、石油金属管线等)相互间的影响。

③超高层建筑、输电线、铁塔等大型建筑物引起的反射问题。

④电磁环境对人类及各种生物的作用。其中包括强电线等工频场,中、短波及微波电磁辐射的影响。

⑤核电磁脉冲的影响。高空核爆炸产生的电磁脉冲能大面积破坏地面上的指挥、控制、通信、计算机及报系统。

⑥探谱(TEMPEST)技术。其实质内容是针对信息设备的电磁辐射与信息泄漏问题,从信息接收和防护两方面所开展的一系列研究工作。

⑦电子设备的误动作。为了防止误动作,必须采取措施以提高设备的抗干扰能力。

⑧频谱分配与管理。无线电频谱是一种有限的资源,但不是消耗性的,既要科学地管理,又要充分地利用。

⑨电磁兼容与测量。

⑩自然界影响等。

提高电磁兼容性的措施

①使用完善的屏蔽体可防止外部辐射进入本系统,也可防止本系统的干扰能量向外辐射。屏蔽体应保持完整性,对必不可少的门、缝、通风孔和电缆孔等须妥善处理,屏蔽体要有可靠的接地。

②设计合理的接地系统,小信号、大信号和产生干扰的电路尽量分开接地,接地电阻尽可能小。

③使用合适的滤波技术,滤波器的通带经过合理选择,尽量减小漏电损耗。

④使用限幅技术,限幅电平应高于工作电平,并且应双向限幅。

⑤正确选用连接电缆和布线方式,必要时可用光缆代替长电缆。

⑥采用平衡差动电路、整形电路、积分电路和选通电路等技术,

⑦系统频率分配要恰当。当一个系统中有多个主频信号工作时,尽量使各信号频率避开,甚至避开对方的谐振频率。

⑧共用走廊的各种设备,在条件许可时,应保持较大的隔距,以减轻相互之间的影响。

电磁兼容性设计的基本原理

1.接地

接地是电子设备的一个很重要问题。接地目的有三个:

(1)接地使整个电路系统中的所有单元电路都有一个公共的参考零电位,保证电路系统能稳定地干作。

(2)防止外界电磁场的干扰。机壳接地可以使得由于静电感应而积累在机壳上的大量电荷通过大地泄放,否则这些电荷形成的高压可能引起设备内部的火花放电而造成干扰。另外,对于电路的屏蔽体,若选择合适的接地,也可获得良好的屏蔽效果。

(3)保证安全工作。当发生直接雷电的电磁感应时,可避免电子设备的毁坏;当工频交流电源的输入电压因绝缘不良或其它原因直接与机壳相通时,可避免操作人员的触电事故发生。此外,很多医疗设备都与病人的人体直接相连,当机壳带有110V或220V电压时,将发生致命危险。

因此,接地是抑制噪声防止干扰的主要方法。接地可以理解为一个等电位点或等电位面,是电路或系统的基准电位,但不一定为大地电位。为了防止雷击可能造成的损坏和工作人员的人身安全,电子设备的机壳和机房的金属构件等,必须与大地相连接,而且接地电阻一般要很小,不能超过规定值。

电路的接地方式基本上有三类,即单点接地、多点接地和混合接地。单点接地是指在一个线路中,只有一个物理点被定义为接地参考点。其它各个需要接地的点都直接接到这一点上。多点接地是指某一个系统中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上,以使接地引线的长度最短。接地平面,可以是设备的底板,也可以是贯通整个系统的地导线,在比较大的系统中,还可以是设备的结构框架等等。

混合接地是将那些只需高频接地点,利用旁路电容和接地平面连接起来。但应尽量防止出现旁路电容和引线电感构成的谐振现象。

2.屏面

屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离,以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲,就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来,防止干扰电磁场向外扩散;用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来,防止它们受到外界电磁场的影响。

因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量(涡流损耗)、反射能量(电磁波在屏蔽体上的界面反射)和抵消能量(电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场,可抵消部分干扰电磁波)的作用,所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。

屏蔽体材料选择的原则是:

(1)当干扰电磁场的频率较高时,利用低电阻率(高电导率)的金属材料中产生的涡流(P=I2R,电阻率越低(电导率越高),消耗的功率越大),形成对外来电磁波的抵消作用,从而达到屏蔽的效果。

(2)当干扰电磁波的频率较低时,要采用高导磁率的材料,从而使磁力线限制在屏蔽体内部,防止扩散到屏蔽的空间去。

(3)在某些场合下,如果要求对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时,往往采用不同的金属材料组成多层屏蔽体。

3.其它抑制干扰方法

(1)滤波

滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施。

滤波器可以显着地减小传导干扰的电平,因为干扰频谱成份不等于有用信号的频率,滤波器对于这些与有用信号频率不同的成份有良好的抑制能力,从而起到其它干扰抑制难以起到的作用。所以,采用滤波网络无论是抑制干扰源和消除干扰耦合,或是增强接收设备的抗干扰能力,都是有力措施。用阻容和感容去耦网络能把电路与电源隔离开,消除电路之间的耦合,并避免干扰信号进入电路。对高频电路可采用两个电容器和一个电感器(高频扼流圈)组成的CLCMπ型滤波器。滤波器的种类很多,选择适当的滤波器能消除不希望的耦合。

(2)正确选用无源元件

实用的无源元件并不是“理想”的,其特性与理想的特性是有差异的。实用的元件本身可能就是一个干扰源,因此正确选用无源元件非常重要。有时也可以利用元件具有的特性进行抑制和防止干扰。

(3)电路技术

有时候采用屏蔽后仍不能满足抑制和防止干扰的要求,可以结合屏蔽,采取平衡措施等电路技术。平衡电路是指双线电路中的两根导线与连接到这两根导线的所有电路,对地或对其它导线都具有相同的阻抗。其目的在于使两根导线所检拾到的干扰信号相等。这时的干扰噪声是一个共态信号,可在负载上自行消失。另外,还可采用其它一些电路技术,例如接点网络,整形电路,积分电路和选通电路等等。总之,采用电路技术也是抑制和防止干扰的重要措施。

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发表于 2018-03-16 14:06 1160次阅读
10条EMC设计建议

电子产品EMC 设计仿真解决方案

发表于 2018-03-16 10:45 684次阅读
电子产品EMC 设计仿真解决方案

开关电源EMC过不了?PCB画板工程师有不可推卸...

说起开关电源的难点问题,PCB布板问题不算很大难点,但若是要布出一个精良PCB板一定是开关电源的难点...

发表于 2018-03-14 12:03 4700次阅读
开关电源EMC过不了?PCB画板工程师有不可推卸...

一文看懂电磁兼容EMC和电磁干扰EMI

发表于 2018-03-13 15:08 580次阅读
一文看懂电磁兼容EMC和电磁干扰EMI

一文看懂电磁兼容EMC和电磁干扰EMI

发表于 2018-03-13 15:08 580次阅读
一文看懂电磁兼容EMC和电磁干扰EMI

开关电源EMC过不了?精良PCB板一定是开关电源...

.副边的电流比较大,为了走电流,以及整流管散热,采用了这样的布局,整流管在上,BUCK电路MOS管在...

发表于 2018-03-12 08:43 1234次阅读
开关电源EMC过不了?精良PCB板一定是开关电源...

理解电磁兼容(EMC)现象(原创)

发表于 2018-03-07 23:03 932次阅读
理解电磁兼容(EMC)现象(原创)

单相6A至30A EMC 滤波器提供简单的安装方...

TDK 公司宣布推出额定电压为 250Vac/250Vdc 的 RSEV 系列 6A、10A、16A...

发表于 2018-03-07 14:03 2956次阅读
单相6A至30A EMC 滤波器提供简单的安装方...

汽车电子设备的电磁兼容设计八项注意

无论是汽车内部还是外部的电磁干扰对车用电子设备尤其是车用ECU(电控单元)干扰都很大,这些电磁干扰会...

发表于 2018-03-06 09:38 1638次阅读
汽车电子设备的电磁兼容设计八项注意

rs485接口EMC电路设计方案(防雷/滤波及防...

485接口EMC电路设计方案分析: 一.原理图 1. RS485接口6KV防雷电路设计方案 图1 R...

发表于 2018-02-10 02:51 1050次阅读
rs485接口EMC电路设计方案(防雷/滤波及防...

混合动力汽车电磁兼容(EMC)整改案例

在针对整车各个零部件进行了解详细了解和分析以后,对整车主要零部件噪声源进行分类 : 1)、宽带噪声...

发表于 2018-02-05 09:09 3431次阅读
混合动力汽车电磁兼容(EMC)整改案例

选择医疗电源的5个指标要求

众所周知,每个行业对于电源都有一定的硬性指标,医疗行业也不例外。电源要能运用在医疗器械中,首先要通过...

发表于 2018-01-31 11:14 1537次阅读
选择医疗电源的5个指标要求

增加EMI/EMC预一致性测试节省设计周期中的时...

如果您和大多数设计人员一样,那么您可能想从本已非常紧张的设计周期中再省出一些时间。还好,有一个好方法...

发表于 2018-01-29 11:41 486次阅读
增加EMI/EMC预一致性测试节省设计周期中的时...

为什么要推进IPv6?为每一粒沙提供一个IP

为什么要推进 IPv6事情要从 1981 年开始说起,IETF 在 1981 年发布了 RFC 79...

发表于 2018-01-17 06:45 1966次阅读
为什么要推进IPv6?为每一粒沙提供一个IP

详细解析电磁兼容设计时应遵循的11个基本原则

电子线路设计准则电子线路设计者往往只考虑产品的功 能,而没有将功能和电磁兼容性综合考虑,因此产品在完...

发表于 2018-01-16 15:35 1323次阅读
详细解析电磁兼容设计时应遵循的11个基本原则

电源层的分割、数模设计以及降低数字和模拟信号间的...

板层的结构板层的结构是决定系统的EMC性能一个很重要的因素。一个好的板层结构对抑制PCB中辐射起到良...

发表于 2018-01-08 11:10 2794次阅读
电源层的分割、数模设计以及降低数字和模拟信号间的...

基于EMC的共模干扰与差模干扰以及抑制方法

两根导线之外通常还有第三导体,这就是"地线"。电压和电流的变化通过导线传输时有两种形态, 一种是两根...

发表于 2018-01-08 10:31 4471次阅读
基于EMC的共模干扰与差模干扰以及抑制方法

电容滤波的解析与EMC整改建议

整改中常常会使用电容这种元器件进行滤波,往往有“大电容滤低频,小电容滤高频”的说法。

发表于 2017-12-29 06:54 5862次阅读
电容滤波的解析与EMC整改建议

对于ST-T004高性能屏蔽箱主要功能和适应范围...

一款屏蔽效果100db高性能屏蔽箱,可以满足wifi、zigbee、5G、bluetooth等无线通...

发表于 2017-12-28 16:17 2414次阅读
对于ST-T004高性能屏蔽箱主要功能和适应范围...

军舰电磁兼容性能介绍与改善方法

军舰上层层叠叠、工作在不同频率的各种电子设备,就像一大群人站在军舰上用不同颜色的手电向外照射,同时戴...

发表于 2017-12-28 11:06 1180次阅读
军舰电磁兼容性能介绍与改善方法

从滤波设计、接地设计、屏蔽设计和PCB布局布线介...

电磁干扰的主要方式是传导干扰、辐射干扰、共阻抗耦合和感应耦合。对这几种途径产生的干扰我们应采用的相应...

发表于 2017-12-25 09:56 2078次阅读
从滤波设计、接地设计、屏蔽设计和PCB布局布线介...

EMC设计电路中0欧姆电阻的十二种妙用

在电路中的0欧姆电阻,其作用相当于导线,既然如此,为什么还要特意为它空出来一块地方呢?

发表于 2017-12-25 07:24 6970次阅读
EMC设计电路中0欧姆电阻的十二种妙用

搞设计,如何保证电源模块EMC性能?

想必大家对电源模块一点都不陌生,而EMC性能作为电源模块的重要指标,在选型时,你知道如何深入的了解各...

发表于 2017-12-15 09:43 3417次阅读
搞设计,如何保证电源模块EMC性能?

高速电路板的电磁兼容产生的因素与要素详解

消除公共阻抗耦合的途径有两个:一个是减小公共地线部分的阻抗,这样公共地线上的电压也随之减小,从而控制...

发表于 2017-12-12 14:46 992次阅读
高速电路板的电磁兼容产生的因素与要素详解

PCB板中的EMC设计金字塔解析

PCB板中的EMC设计应是任何电子器件和系统综合设计的一部分,它远比试图使产品达到EMC的其他方法更...

发表于 2017-12-12 06:35 162次阅读
PCB板中的EMC设计金字塔解析

EMC--电磁兼容测试介绍

EMC--电磁兼容测试介绍 EMC全称Electro-Magnetic Compatibility。...

发表于 2017-12-11 20:57 291次阅读
EMC--电磁兼容测试介绍

开发中常遇电磁干扰问题及解决办法

一般电子产品都最容易出的问题有:RE--辐射,CE--传导,ESD--静电。 通讯类电子产品不光包括...

发表于 2017-12-11 20:22 211次阅读
开发中常遇电磁干扰问题及解决办法

半电波暗室总体​方案的选择及建造方式介绍

随着国内外越来越多的电磁兼容指令、 规范、标准的制定和强制性执行,电气和电子产品的电磁兼容性( EM...

发表于 2017-12-11 19:42 145次阅读
半电波暗室总体​方案的选择及建造方式介绍

汽车电磁环境的干扰源分析及电磁兼容研究概况

随着现代电子技术在汽车上的大量应用,传统意义上的机械式汽车被现代电子化汽车所取代,各种电子电器产品已...

发表于 2017-12-11 19:03 184次阅读
汽车电磁环境的干扰源分析及电磁兼容研究概况