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电磁兼容(EMC)基础知识

配图 By网友小野智

思维导图:

EMC(Electro Magnetic Compatibility,电磁兼容性)是指在预期的电磁环境中,电子、电气设备或系统不会因周围电磁环境而导致性能下降、功能损失或损坏,也不会在周围环境中产生过多的电磁能量,从而影响周围设备的正常运行。

EMI(Electro Magnetic Interference,电磁干扰):自身产生的电磁干扰不能超过一定的限值。

EMS(Electro Magnetic Susceptibility,电磁抗干扰):电磁干扰在一定范围内。

电磁环境:同种类的产品,不同的环境就有着不同的标准。

需要注意的是,以上都是基于一个前提:设备或系统在一定环境下正常运行。

电磁干扰的原因:电压/电流变化中不必要的部分。

电磁干扰有两种耦合方式:导线传导和空间辐射。

导线传导干扰的原因是电流总是走最小阻抗路径。以屏蔽线为例,低频(f<1kHz)当导线电阻起主要作用时,大部分电流流过导线铜线;高频(f>10kHz)环路屏蔽层的感应阻抗小于导线阻抗,因此信号电流从屏蔽层流过。

在导线上传输干扰电流有两种方式:

一般来说,有用的信号是差模信号,因此只有将共模电流转换为差模电流,才能干扰有用的信号。阻抗平衡可以用来减少地线的公共阻抗,通过多点接地减少地线的阻抗干扰。

空间辐射干扰分

近场又称感应场,与场源的性质密切相关。

当场源为高压小电流时,主要表现为电场;

当场源为低压大电流时,主要表现为磁场。

无论是电场还是磁场,当距离大于时都变成了远场。

远场也被称为辐射场。远场属于平面波,易于分析和测量,电场和磁场的相互转换更为复杂。

问题是,如果导线变成天线,有时无法区分是传导干扰还是辐射干扰?

低频带,尤其是30 MHz以下主要是传导干扰。或者可以估计,当设备和比波长短时,主要问题是传导干扰,当其尺寸比波长时,主要问题是辐射干扰。

干扰信号以平面电磁波的形式向外辐射电磁场能量,然后通过绝缘支合的形式通过绝缘支入干扰线路、设备或系统。

举例:900MHz,平面波的转折点是50 mm

电磁波辐射有两个必要条件:变化的电压/电流和辐射天线。两者缺一个,不会产生大量的辐射干扰。

顾名思义,给出瞬态干扰的概念,顾名思义:时间短但幅度大的电磁干扰。瞬态干扰一般是指各种电快脉冲瞬态(EFT)、各类浪涌(SURGE)、静电放电(ESD)等三种。

重点:消除任何因素都能满足电磁兼容设计的要求。

切断耦合是最有效的电磁兼容处理方法。

了解下传播路径:

电磁干扰可以通过电源线、信号线、地线、地面等方式传播,也可以通过空间直接传播的空间辐射干扰。这些干扰或噪声不是独立存在的,在传播过程中会出现新的复杂噪声,这是解决问题的难点。

波阻抗与辐射源阻抗与辐射源周围的位置、阻抗、频率和介质有关;在远场区域,波阻抗等于电磁波传播介质的特性阻抗;在真空中,波阻抗为377Ω。

由377Ω想想自由空间的特征阻抗:

有个基础概念需要讲一讲:dB&dBm区别。dB以前常见常见。dBm功率相对于1 mW的值。

至于差异,上公式比较直接:

电流在传输路径和返回路径中形成的环路是PCB辐射发射的原因之一。

电子产品中的任何信号都有一个环。如果信号交替,则信号所在的环将产生辐射。当确定产品中信号的电流大小和频率时,信号环产生的辐射强度与环路面积有关,可以控制信号环的面积EMC问题。

电子设备是否选择单点接地,主要取决于系统的工作信号频率和接地线长度,即其表征量。L/λ<=0.1.单点接地的应用范围一般为300kHz以下也可用于某些场合的1MHz以下。

地线长度为当地线阻抗变得非常高,产生天线效应,即地线像天线一样向外辐射噪声信号。地线长度不得超过波长,否则应采用多点接地。

屏蔽和散热是相互矛盾的。散热孔通常是一组用风扇强制对流的孔。这些孔会导致电磁泄漏,降低屏蔽效果。孔越大,屏蔽效果越差。通常,系统外壳配有散热孔,会影响整个系统的屏蔽性能。

电磁兼容测试分为两类:

一种是电磁干扰(EMI)测试,测试电子产品系统对其他设备、对电磁空间的干扰发射情况。

一种是电磁抗扰度(EMS)测试电子设备抵抗空间电磁干扰的能力。

国家标准中EMI军事标准中有2个测试项目EMI7个测试项目,EMS10个测试项目是军事保障EMS12个测试项目。

列出不同数量的测试项目,表明对不同行业有不同的要求,这很容易理解。EMC测试有不同的标准,每个行业都会根据标准进行细化,确定自己的等级和要求。

EMI测试项目:

①传导骚扰(CE)测试(电源线、信号、控制线)

②辐射骚扰(RE)测试

③谐波(Harmonic)测量

④电压波动和闪烁(Fluctuation and Flicker)测量

EMS测试项目:

①静电放电抗干扰(ESD)

② 快速瞬变脉冲群的抗扰度(EFT)

③ 浪涌(SURGE)

④ 辐射抗扰度(RS)

⑤ 传导抗扰度(CS)

⑥ 电压下降和中断(DIP)

EMI测试场地有三种:半电波暗室、全电波暗室和开阔场。

产品相关EMC测试是必要的,产品EMC整改方向:

1.静电抗扰度试验—>屏蔽

2.用屏蔽双绞线测量电快速瞬变脉冲群抗扰度的电源隔离&安装磁环。

3.浪涌(冲击)抗扰度试验安装浪涌抑制器

4.传导骚扰抗扰试验屏蔽、接地、滤波器

5.射频电磁场辐射抗扰度试验导电泡沫压紧电缆,保持最小间隙。

6.传导发射电源隔离、滤波、接地、减少电路面积。

7.辐射发射超标屏蔽接地,检查连接,安装磁环,检查模拟设备。

电磁兼容性设计必须通过整体设计,从电路设计到元器件选择,从PCB从制版到样机调试,从电子设备测试到发布,每一步都要考虑可能出现的电磁兼容问题。从产品初步规划到最终认证结束,每一步都要融入电磁兼容设计理念,才能真正控制电磁兼容问题。

参考书籍:

EMC电磁兼容设计与测试案例分析

电磁兼容(EMC)设计与测试

—— The End——

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