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EMC基本简介与相关测试,一 . EMC/EMI/EMS基本概念 1.EMI简介 2.EMS简介 二 . EMC相关测试 1.传导测试 2.辐射测试 3.谐波测试 4.电压闪动测试 5.静电放电测试 6.电磁耐受测试 7.电源突波测试 8.雷击波测试 9.传导耐受测试 10.电源频率磁场测试 11.电源变动、瞬断测试,内容目录,What is EMC/EMI/EMS? EMC- Electro Magnetic Compatibility, 电磁兼容性 EMI - Electro Magnetic Interference, 电磁干扰 EMS- Electro Magnetic Susceptibility, 电磁耐受(电磁屏蔽),EMC=EMI+EMS 既不过分干扰别人, 又能承受一定程度之外界干扰,一.EMC/EMI/EMS基本概念,EMI之现象,EMS之现象,遭受干扰致功能丧失,当机等,RS,来自电源线之电源突波、雷击波、电源变动、等等干扰。,人手之静电放电,幅射干扰,传导干扰及电流谐波,一.EMC/EMI/EMS基本概念,为什么要“调”电路,信号畸变,不能达到预期的功能,信号本身失真 反射 损耗,串扰,地线、电源 噪声,外界干扰 (辐射、传导),电磁兼容设计,信号完整性,一.EMC/EMI/EMS基本概念,EMC标准,分析环境中的各种电磁干扰,分析设备受电磁干扰的机理,编成电磁兼容标准,保证各类电子设备的正常工作及良好的电磁环境,EMC Test/Measurement有两个重要之部份 其量化了一固定程度,使一电子器材可在规定之范围上操作并且不会产生过量之EMI而造成其他电子器材之误动作 - 此为干扰性。 2. 前项之相反,其同样量化一固定之程度,使一电子器材可在一定义之干扰环境中操作并且不会产生误动作 - 此为免疫性。,一.EMC/EMI/EMS基本概念,标准编号的识别,一.EMC/EMI/EMS基本概念,EMC/Safety Certification Scheme,Schedule is based on the EUT can comply with relative standard and no modification required.,EMC,SAFETY,一.EMC/EMI/EMS基本概念,USA FCC UL,Canada CSA CUL,Europe CE TUV,China CCC,Worldwide Certification Service,Japan VCCI JATE,Taiwan BSMI DGT,一.EMC/EMI/EMS基本概念,220VAC,何为EMI? EMI:Electromagnetic Interference Electromagnetic energy emanating from one device which causes another device to have degraded performance,电磁 干扰,EMI现象,1.EMI简介,EMI的三大要素 1.干扰源 Radio Transmitters, Emitters发射器 Motors电动机, Switches Engine Ignition Computers Natural Source: Lightning闪电 Electrostatic Discharge(静电放电) 2.耦合路径 Radiated, Antenna to antenna Wire-to-wire Conducted Common Ground Interconnecting Cable 3.敏感源 Radio Receivers Electronic Receptors Ammunition & Ordnance Human Beings/Animals Plants,1.EMI简介,EMI的危害 常见危害 一架直升机太靠近无线电塔时失去控制 机场(机场)雷达与你的笔记本电脑显示器干扰。 启动空调时,你的VCR(盒式磁带录象机) 上的时钟会重置 操作真空吸尘器时,电视机上出现雪花 打开荧光灯,屏幕上您的视频会显示抖动(抖动) 关切范围 点火及爆炸损害 在频谱之利用上 对主要电力供给系统造成之干扰 经电机电子产品之误动作 在数据传输之安全性 非离子之幅射造成之生理影响,1.EMI简介,国际上常用EMI法规,1.EMI简介,ITE产品定义: 1 能对资料和电信消息进行录入,存储,显示,检索,传输,交换或控制;该设备可以配置一个和多个通常用于资讯传输的终端. 2 额定电压不超过600V. Class B 满足B级ITE骚扰限值的设备,主要在生活环境中使用,包括: -不在固定场所使用的设备,例如靠内置电池供电的便携式设备 -靠电信网络供电的电信终端设备 -个人计算机及相关辅助设备 Class A 满足A级限值但不满足B级限值的设备,不限制其销售,但须在其相关使用说明中包含以下内容的声明:,声明 此为A级产品,在生活环境中,该产品可能会造成无线电干扰. 在这种情况下,可能需要用户对其干扰采取切实可行的措施.,1.EMI简介,EMI 法规的频率范围,1.EMI简介,2.EMS简介,何为EMS? EMS:Electromagnetic Susceptibility 电磁屏蔽在空间某个区域内,用以减弱由某些源引起的场强的措施。在绝大多 数情况下,屏蔽体可由铜、铝、钢等金属制成,但对于恒定和极低频磁场,也可 采用铁氧体等材料作为屏蔽体。在一个系统内或不同系统间常会产生电磁噪声或 干扰而引起系统性能恶化,因此要求 1.将电力线或磁力线限制在一定区域内 2.某一区域不受外来电力线和磁力线的影响,电磁 屏蔽,何为静电? 静电是物体表面过剩或不足的静止电荷。 1、静电是一种电能,它留存物体表面; 静电是正电荷 和负电荷在局部范围内失去平衡的结果; 静电是通过电子或离子转移而形成的。 2、静电现象是电荷的产生和消失的过程中产生的电现象的总称。,2.EMS简介,2.EMS简介,3. 感应 当带电物体接近不带电物体时会在不带电的导体的两端分别感应出负电和正电静电感应只对导体和半导体才有作用,静电产生的原理,摩擦: 当两个不同的物体相互接触时就会使得其中一个物体失去一些电荷带正电,而另一个体得到一些剩余电子的物体而带负电。若在分离的过程中电荷难以中和,电荷就会积累使物体带上静电。,2.传导: 电荷的转移,2.EMS简介,静电电荷对微电子工业的影响: 1.微粒污染: 在洁凈室里,静电是使直径在0.11.0微米 之间的颗粒沉积的主要原因. 当芯片带有静电后就很容易沉积灰尘. 2. ESD(ESD中文意思是静电电压放电)失效: 静电放电时当放电电流过大(瞬时大电流可达几十A), 产生过高热能, 将会击穿集成 电路内部线路,另一方面是静电放电辐射的电磁场对电子产品的干扰,最近的研究表 明这种电场可达几百V/m. 3. 三种击穿现象: 1. 热击穿: P-N破坏 2. 介电击穿: 氧化层的破坏 3. 金属汽化: 金属线被汽化而开路,2.EMS简介,半导体的静电敏感度:,2.EMS简介,Examples of Static Generation Typical Voltage Levels,2.EMS简介,EMC Test 测试项目(ITE),二.EMC相关测试,*EMC试验项目及相关标准(中国) GB/T17626.2-1998 静电放电抗扰度试验 GB/T17626.3-1998 射频电磁场辐射抗扰度试验 GB/T17626.4-1998 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 GB/T17626.5-1998 浪涌抗扰度试验 GB/T17626.6-1998 射频场感应的传导骚扰抗扰度试验 GB/T17626.8-1998 工频磁场抗扰度试验 GB/T17626.11-1998 电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度试验 GB9254-1998 信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法,二.EMC相关测试,注:1 在过渡频率处应采用较低的限值。 2 在0.15MHz0.5MHz频率范围内,限值随频率的对数呈线性减小。,Limit,二.EMC相关测试,电磁能量可能以共模和差模方式传导。经由电源线,信号线,接地线,天线输入端和其它的低阻抗路径。在频率30MHz以下传导干扰可能性极高。高于此频率,传导干扰衰减很大,因此由其它方式来主导。,1.传导量测,Test location: Shielding Room (7*3*3) Test Equipments: EMC Analyzer(E7405A 9KHz26.5GHz) Receiver (ESCS 30 9KHz2750MHz) LISN (EMCO 4825/2 50 ohm 9KHz30MHz) Transient Limiter (Agilent11947A 9KHz200MHz) Test Standard : CISPR22 EN55022 FCC Part 15 Scope: Applies to IT equipment Cover the frequency rang 9KHz40GHz Describes methods of measurement Standardize operation condition gives Interpretation of result gives limits,Two heads are better than one,1.传导量测,Conduction Emission 电源端子传导干扰主要测量被测设备沿电源线向电源网络发射的骚扰电压;另一部分通过信号线传导干扰相连的其它周边设备.系统工作时产生的一部分低频信号会经由cable线( power line and communication signal line)辐射 干扰电源网络和相关设备,影响连接到同一电源 网络的其他设备正常工作.,Radiation Emission 对于较高频(30MHz)电磁波, 主要以空间传输进行辐射,从而影 响处于同一区域的其它设备的正 常运行.,1.传导量测,2019/8/22,29,可编辑,LISN(Line Impedance Stabilization Network) LISN线性阻抗稳定网络,提供纯净电源,提取EUT产生之杂讯信号; 由于电源端子传导发射的强度与电网的阻抗有关,因此为使测量具有唯一性,必须在特定的阻抗条件下测量,LISN就提供了此种环境.GB9254标准使用LISN为50 ohm / 50 H. Transient Limiter 瞬态限制器,衰减尖峰信号,保护EMC测试仪器的输入端不受大的瞬态信号的损伤.接通或切断被测设备电源都可能引起LISN中产生大的尖峰信号. 接地金属板 屏蔽室中接地金属板须有垂直接地板和水平接地板,受试设备要放置在接地金属板上进行实验,该金属板比被测设备边框大0.5m,最小尺寸为2m*2m.,1.传导量测,1 悬垂电缆末端与水平接地平板距离不足40cm,又不能缩短至适宜长度,超长部分折叠成30cm40cm的线束; 2 电源线超长部分应在中心折叠成线束或缩短至适宜的长度; 3 EUT单独与一LISN 相连,其他周边设备通过多插座电源板接至另一LISN,LISN与EUT的水平距离应为80cm ; 4 带电周边设备之间相互距离为10cm,显示器可以直接放于控制器上面; 5 EUT及外设的后缘须与测试桌后缘切齐; 6 木桌后缘与垂直参考平面水平距离为40cm;,1.传导量测,E7405A,ESCS 30,Conduction Emission Test Setup,Control computer,EMI测试最小的PC架构: 1 个人电脑 2 键盘 3 视讯显示单元 4 对两种不同形式之I/O界面,(如串行 并行口)各接一个外接周边 5 EUT专属之有特殊目的之周边,如鼠标榜 摇感等,1.传导量测,Conduction Set up,LISN,1.传导量测,当频率高于30MHz时,辐射变成主要的传播方式,由两种形式之辐射发射器:意图与非意图。意图发射器,例如广播以及雷达,会产生伴随其发射信号的干扰辐射。非意图发射器,例如PC,干扰主要是伴随其主要功能而产生。,目的: 电磁环境日益恶劣,各个国家都相应的制订了关于电子类产品的EMC法规。要取得相应的法规认证后产品才能在此国销售,所以。我们进行EMI测试的目的就是看产品是不是符合法规的要求。例如中国的CCC强制认证。,2.辐射量测,RF Absorbing Material to eliminate reflection,2.辐射量测,1 电波暗室Chamber 7*4*3,适于产品开发阶段 Debug测试和Pretest 2 吸波材料,吸收电磁波,减少反射 3 方形木桌,可以360度旋转(160*80*80) 4 接收天线,2G以下频率,在上下高度2m范围内分水平和垂直接收方向 5 E7405A频谱仪,测量频率为9KHz26.5GHz,2.辐射量测,半无反射室实景,2.辐射量测,开阔场实景,2.辐射量测,三种检波方式 检波器将输入信号功率转换为输出视频电压,对同一信号不同检波测试:PeakQP Average Peak Detect:适合对连续的大信号进行测试 Quasi-Peak Detect:适合对Burst(脉冲)信号进行测试 Average Detect:适合对噪声环境中连续波小幅度信号进行测试,All that ends well is well,Peak Detector 检波器输出端电压始终能跟踪中频信号的峰值,及能跟踪包络中可能的最快变化;若所测的所有信号都处在极限Limit以下,则产品合格无需进一步测试.,Quasi-Peak Detector 准峰值检波器充电速率比放电速率快得多,它是按照信号的重复频率对信号进行衡量,随着重复频率的增加,检波器没有时间充分放电,从而导致较高的输出电压.对于连续(CW)波,其与峰值检波效果一样,Average Detector 峰值检波信号通过其带宽远小于分辨带宽的滤波器,该滤波器对包络检波器输出端上的高频分量进行平均.,2.辐射量测,分贝(dB)的概念 分贝的定义:分贝数=10lg(P2/P1) P2、P1是两个功率数值,对于电流或电压,定义如下: 电压增益的分贝数=20lg(V2/V1) 电流增益的分贝数=20lg(I2/I1) 使用分贝的好处是,用较小的坐标可以描述很宽的范围。由于在EMC中,干扰的幅度范围和频率范围都很宽,因此用分贝表示幅度,而用对数坐标轴表示频率更加方便。,2.辐射量测,测试目的: 测量设备在工作时向电网注入的电源高次谐波的强度。看其是否符合法规要求。 谐波的危害: 1.减少负载的有效功率因数 *增加了视在功率,使电力成本较高 *成本较高的基础上较高的额定值的电线,连接器,过滤器等 2.对交流电源电压畸变 *产品受到影响,如过滤电容,过热或降低电机效率 3. EMC问题 *中性和接地的谐波电流增加,Schaffner Profline2105-400 test system,3.谐波测试,测试标准 IEC61000-4-7 Definition of the measurement equipment and measurement procedure guide IEC61000-3-2 Test condition and limits for product families IEC61000-3-2 Scope Product Family Standard Power range -230 Vrms single or three phase. For system voltages less than 220V (line to neutral), the limits have not yet been considered -Irms maximum 16A -50Hz/60Hz Measurements -measurement harmonics from 2nd to 40th Test Conditions Harmonics -Audio amplifiers -Washing machines -Microwave ovens -Lamp dimmers Equipment classes Class A:General purposes and balances three phase equipment Class B:Portables tools Class C:Lighting equipment Class D:PC、PCs monitor and TV (If the power level of a class D device drops below 75W, no harmonics current limits are applied and the result will always show pass.),3.谐波测试,测试原理: 非线性负载EUT生成一个脉冲电流. 随着脉冲电流的产生,引起通过电阻R1的线性电 压降.这个非线性脉冲电流是EUT发射,对V2造成影响.,非线性负载,电压,非正弦形式: 计算机、打印机、电视的开关电源等,电流,3.谐波测试,判定标准 The average value for the individual harmonic current, taken over the entire test observation period shall be less than or equal to the application limits. For each harmonics order, all 1.5s smoothed harmonic current values shall be less than or equal to 150% of the application limits.,3.谐波测试,电压闪烁测试(Flicker and Voltage Fluctuation Test) 测试目的: 测量EUT引起的电网电压变化。电压变化用两个指标表示:电压波动和闪烁。电压波动指标反映了突然的较大的电压变化程度,闪烁指标反映了一段时间内连续的电压变化情况。 电压闪烁的危害: 1.闪烁的灯光给工作场所的个人安全造成压力 Flickering lights creates stress in the workplace personal safety 2.电压波动可以破坏其他产品连接到相同的阶段 Voltage fluctuation can disrupt other products connected to the same phase.,4.电压闪烁测试,测试标准: IEC 61000-4-15d -measurement and instrumentations IEC 61000-3-3 -product test for type test in normative annexe -230V 50Hz 0.4Ohm + 0.25jOhm for single phase -380V 50Hz phase:0.4Ohm + 0.25jOhm neutral: 0.16Ohm + 0.1jOhm Test conditions specified in IEC61000-3-3: .cookers, hotplates, baking ovens, grills, .lighting equipment .washing machines .refrigerator .copying machines, laser printer .portable tools .hairdryers .consumer electronic products,4.电压闪烁测试,测试原理 电压幅值变化引起的光输出的任何钨丝灯.低压网络中的电压变化是由连接到低压网络中的负载周期性变化引起的例如自动打开/关闭温控器、计时器等,Lighten Variation Voltage changes Repetition rate,4.电压闪烁测试,判定标准 The value of Pst shall n

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