机电一体化产品电磁兼容设计讲义

《机电一体化产品电磁兼容设计讲义》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、电磁兼容讲义沙斐教授北京交通大学电磁兼容实验室2005年9月EMC要求元器件电路设备系统都必须互不干扰，正常工作，达到电磁兼容。构成干扰三要素骚扰源传输途径敏感设备空间辐射的电磁波EUT导线传导的电压电流EUT传输途径一.空间辐射差模电流辐射和共模电流辐射λ>远场2π电磁感应λ<近场2π电磁耦合二.导线传导共阻抗耦合共电源线差模方式共地线差模方式地环路干扰地电位差共模方式周围强场共模方式共模和差模•差模电流：线-线电流：大小相等方向相反差模电压：线-线间电压•共模电流：二线间方向相同共模电压：线-线间电压•有用信号都是差模的，骚扰可能是差模的，

2、也可能是共模的。空间辐射电磁波•电场天线高电压小电流•磁场天线低电压大电流•根据麦克斯韦方程，变化电场产生变化磁场，变化磁场产生变化电场。•设备内每个电路都可能是天线，机壳和电缆都可能是天线的一部分。设备内天线示意图磁场天线电场天线•信号源－传输线－负载组成电流环路，包括信号环路、电源供电环路、输入和输出环路；•当负载阻抗小、环路电流大、电压低时相当于磁场天线；•当负载阻抗大、环路电流小、电压高时相当于电场天线。磁场天线的差模电流辐射•平行双线环路在远场时的电场强度2120πIA2E/=()VmEAf,:,,2rλ2例：A==1cmI,100m

3、Af,=50MHz，测量距离r=3mE=>40.8dBVm()()µµ/40dBVm/超过GB9254规定的级产品辐射限值。B减小差模电流辐射的措施•尽量减小环路面积•频率越高，辐射越强，尽量减小有用信号的高次谐波成分。信息技术设备的工作信号是数字脉冲信号，具有很宽的频带，从电磁兼容角度应该考虑的最高频率为时钟频率的10倍或者为1/πtr,tr为脉冲的上升沿时间，即脉冲的前沿越陡峭或脉冲的重复频率越高，则脉冲包含的高频能量越大。骚扰的频谱分析骚扰的频谱分析（续）采取屏蔽方法•机箱的屏蔽效能由孔缝直径决定，机箱孔缝等效于二次发射天线。•孔缝长度等

4、于半波长的整数倍时，漏泄能量最大。•对于固定的孔缝长度，频率越高，泄漏越严重。机箱屏蔽的改进•设计中使缝隙尺寸满足要求:商用设备：d<λ/20，20dB军用设备：d<λ/50，28dB•显示窗可使用屏蔽玻璃；•接缝处应良好搭接，缩短连接螺丝的间距，可使用导电衬垫；•采用波导设计,通风窗可使用波导管。分布电容和分布电感•任何二金属间都存在分布电容和电感：+QVE-QψQL=直流：C=IVdQdtiddψt−e交流：C==L==dvdtdvdtdidtdidtdvdiic=eL=−dtdt....V1VIZZ==,jωL正弦：I==,ZLLcZjω

5、cc各种传输线的分布参数各种传输线的分布参数（续）•分布参数是固有的特性参数，只与二金属的物理尺寸、相对位置有关；•分布参数是造成EMC问题的主要原因；•实际设备中，各种元器件、传输线、机箱间的分布参数很难计算和测量，因此EMC分析有一定难度。LC==µε常数,特性阻抗＝ZL0C电场天线的共模电流辐射•任何二点间有电位差就是共模源，如果二点有引线出去就是共模天线。•当频率达到MHz级时nH的分布电感和pF级的分布电容都将对共模辐射产生重要影响。•设备的共模天线的一极往往是印刷板的地和机箱，另一极是连接电缆中的地线；由于线间电容之间的耦合，整条电

6、缆上都污染上了共模电流。•连接电缆上的共模电流辐射往往是造成设备辐射超标的主要原因，机箱无法屏蔽。共模电流辐射的判断Il60π连接电缆短于()λ的辐射场强:E,=E,:If4rλ差模电流辐射和共模电流辐射的比较示例•扁平馈线中抽取相邻的两根导线，线长1米，导线对上分别加以共模和差模电流，在离导线对3米处按GB9254规定测量骚扰场强。•实验表明如果该处场强要达到B类设备的限值（30～230MHz时为40dBμV/m）,则差模电流要求为20mA，而共模电流只要8μA，两者相差2500倍。产生共模电流辐射的条件•共模源--由差模源（有用信号源）驱动

7、产生基本驱动模式：*电流驱动模式*电压驱动模式•共模天线--不对称振子天线*设备的外部连接线*设备内部印刷板的地线、电源面、机壳、散热片、金属支撑架等等共模电流辐射的基本模式--电流驱动和电压驱动1、电流驱动模式：信号电流>环路电感>共模源>不对称电场天线。共模电流辐射的基本模式--电流驱动和电压驱动2、电压驱动模式：信号电压>架空金属对地的电位差（共模源）>耦合电容C>不对称电场天线。共模电流辐射的抑制方法•使用铁氧体磁环•共模去耦电容•共模电源滤波器•采用屏蔽电缆、屏敝连接器•改进产品内部结构的设计与布置铁氧体滤波器及其等效电路图17铁氧体

8、滤波器及其等效电路抑制原理和注意事项•铁氧体磁环在高频时呈电阻性，所以能消耗高频共模电流。•共模电流在连接线上是有一定分布的，因此铁氧体磁环应放在电流