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电磁兼容

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林清猫耳
发布2018-07-05 10:57:12
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发布2018-07-05 10:57:12
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文章被收录于专栏:我爱编程

定义

一部接收机(装置,设备,系统)能在电磁环境中正常工作,且不对该环境中其它设备和系统产生不能承受的电磁干扰。

电磁兼容性
  1. 不对其它系统产生干扰
  2. 对其它系统的辐射不敏感
  3. 不对自身产生干扰 电磁干扰三要素: 干扰源,耦合途径,受扰设备
电磁兼容的两个方面:
  • EMI 电磁干扰:发射量有一个上限值{低频超标:往往由差模形成, 高频超标:往往由共模形成}
  • EMS 电磁敏感性:静电放电的测量 EMC = EMI + EMS 耦合:设备或电路之间的“电磁”联系,包括把电磁能量从一个设备(电路)传到另一个设备(电路)的含义。 电磁干扰耦合途径
  1. 传导性耦合:通过导体或传输线的引导来传输
  2. 辐射性耦合:通过空间方式来传输

电路性耦合

电容性耦合、电感性耦合、低频耦合、高频线间耦合 电路性耦合传导的基本原理:电路性传导耦合即共阻抗耦合,当两个电路回路的电流流经一个公共阻抗时,就会产生共阻抗耦合。

  1. 电路性传导耦合往往由导线(车体设计时视为0阻抗,而考虑射频EMI时,却存在阻抗,更为隐蔽就更值得注意)本身的阻抗所引起。
  2. 电路性传导耦合的量级可依据基尔霍夫定律对电路分析获得。
  3. 电路直接相关

低频线间耦合——电容性耦合

除了共阻抗所产生的电路耦合之外,由于相邻电路导线中的电容、互感等也会构成另外一类传导性的耦合途径。分为两种情况:

  • 频率较低时,线长<<λ时,传输线视为满足集总参数的方法。即:分别谈论其电容耦合与电感耦合。
  • 频率较高时,采用分布参数理论来分布传输线的干扰耦合。
电场耦合

若其中一个导体上的电荷变化 → 电场的分布变化 → 其它导体上(电流)变化。 这种联系叫做电场耦合

电容性耦合

所谓电容性耦合就是分析由于导线间电容形成的电路性耦合。 实质是电场的耦合,减小措施:

  1. 减小源的频率
  2. 增大回路阻抗
  3. 增大自身电容(离地面更近)
  4. 减小线间电容C₁₂(增大线间距) 为了减小电路间的电容性耦合,最有效的办法就是减小线间电容,具体措施就是增大线间距,这一类在高低电平或强弱设备互连线的设计中应特别注意。

低频线间耦合——电感性耦合

电感性耦合的本质是磁场耦合(存在一定回路),减少措施:

  1. 降低源频率
  2. 增大回路距离
  3. 最好是切断回路(不可实现),只可减小回路面积(离地面更近) 2、3 都是改变回路互感 法拉第电磁感应现象:如果在磁场中有一个由导线构成的闭合回路l,则当穿过由l限定的曲面S的磁通发生变化时,回路中就产生感应电动势,从而引起感应电流。

电容性耦合:是利用分压关系获得耦合至负载两端的干扰电压,属于并联关系。 电感性耦合:是利用互感现象耦合至回路中的干扰电压,此耦合电压串至敏感电路,故而最终对负载造成的影响与敏感回路的阻抗特性相关。

差模电流和共模电流

差模电流:在信号通道与返回通道上大小相等,方向相反 共模电流:在信号通道与返回通道中大小、方向均相等,往往与大地构成共模回路。

差模电流与差模辐射

差模信号主要携带数据或有用信号或工作电流。其信号的典型特征即大小相等,方向相反。 a、传导性耦合:两部分电流产生的电场相反,当位置适当时,其产生的电场相互抵消,干扰场小。 b、辐射发射:两部分电流所不能抵消的场即是差模电磁干扰。以自由空间中的电流环形天线来模拟差模回路所产生的辐射。 减小回路面积可以大大减小电路辐射场。 具体的,对于传输电缆,此问题并不是很突出,但对于印制板设计中,必须对布线设计、设置电源与负载位置进行合理设计,以减小回路面积。

共模电流

产生原因

  1. 两条信号传输通道不平行而造成的差模信号不是精确的地反相,电流不能完全抵消,则形成共模电流。
  2. 由于分布电容等分布参数的存在而造成非预期传输。 特点:幅值小于差模电流,但由于共模发射回路面积大,频率高而辐射量级强;且此种类形成干扰更难抑制。

无论是对差模干扰还是共模干扰,其设计阶段的抑源基本原则就是设法减小回路面积;对于线-场耦合具有相同结论。

接地技术

接地:指电路或系统与“地”之间建立的低阻抗通路,其中一点通常是系统的一个电路,而另一点则是称之为“地”的参考点。 接地目的

  1. 提供安区地, 防止在设备机壳上由于各种原因造成的电荷积累。电压上升而造成的人身安全事故或引起的静电放电(火花放电)而打坏设备中的器件(尤其对于LC)。
  2. 提供基准电位(信号地), 指为设备或系统内部各种电路设置基准点位点,是线路电压的参考点。
  3. 提供低阻抗通路(泄放地), 切断干扰沿信号线或电源线传播的路径,与屏蔽共同构成完善的干扰防护。 地平面的要求: 一个好的接地系统,其上的电位:与线路中任何功能部分的电位相比较,都可以忽略不计。
  • 接地平面是零电位:可作为系统中各电路任何位置所有电信号的公共电位参考点; 或地电位稳定,波动小
  • 接地平面的自身阻抗小:接地平面要有足够的长度、宽度、厚度,一般用铜板或者铜网等组成。
  • 作为“终极地”的地容量足够大 接地不良可能使得
  1. 传导耦合干扰加剧
  2. 降低屏蔽效果
  3. 降低滤波效果 EMC设计三大方面: 【屏蔽、滤波、接地】

信号线的接地方式

公用地线串联一点接地(串联形)
  • 优点:不存在地环路,不易受到磁场干扰,结构简单,敷设容易,应用广。
  • 缺点:公共阻抗影响大。
  • 运用范围:低频,同电平。
独立地线并联一点接地(分支)
  • 优点:不存在环形电路,不易受外界磁场干扰而产生地回路电流;某一地线受损,不影响其它电路;无公共阻抗耦合。
  • 缺点:地线可能过长,材料多,由于线间可能平行布置,易产生电容性耦合与电感性耦合
独立地线并联一点接地(格栅)
  • 优点:由于地线系统本身呈格栅形状,因而各单元电路或单元设备与地线网连接比较方便;若地线网中有个别地线断裂或脱焊对工作影响不大,可靠性高。
  • 缺点:存在地环路且环路很多,易受外界磁场干扰。
多点接地
系统接地法 — “四套法”电路接地系统
  1. 敏感设备地
  2. 不敏感信号地及大信号地(如末级放大器、大功率电路),工作电流较大,地电流可造成较大的地电位波动。因此,为防止它对其它电路产生干扰而独立接地。
  3. 干扰源地。(电动机,继电器,接触器)工作是产生火花或冲击电流,对电路产生严重干扰;除采用屏蔽隔离技术外,地线必须和电子电路分开。
  4. 机壳安全保护地。或称“金属件地线”。(若不采取绝缘隔离可能造成机壳耦合电流串扰至电路而产生干扰。)

地回路干扰产生的原因

  1. 由电路性耦合引起的接地电流
  2. 由电容耦合形成的地电流
  3. 由电磁耦合形成的地电流 当存在地线回路(环路)或封闭壳体,易受到磁场耦合,而产生ε从而产生接地电流。
  4. 由接地体的天线效应而形成的地电流。
  5. 接地体的以外的其它导体,接收到场,感应为共模干扰的部分便形成地电流。
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原始发表:2018.07.01 ,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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  • 定义
    • 电磁兼容性
      • 电磁兼容的两个方面:
      • 电路性耦合
      • 低频线间耦合——电容性耦合
        • 电场耦合
          • 电容性耦合
          • 低频线间耦合——电感性耦合
          • 差模电流和共模电流
            • 差模电流与差模辐射
              • 共模电流
              • 接地技术
                • 信号线的接地方式
                  • 公用地线串联一点接地(串联形)
                  • 独立地线并联一点接地(分支)
                  • 独立地线并联一点接地(格栅)
                  • 多点接地
                  • 系统接地法 — “四套法”电路接地系统
                • 地回路干扰产生的原因
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