EMC电磁兼容相关知识培训.ppt

1 * 中试部-付庆 emc简介及常用术语 1 2 ccc认证对产品emc的要求 3 常用的emc测试项目 4 emc组织及相关标准 5 题 纲 emc控制方法 2 emc 电磁兼容(electro-magnetic compatibility)是一个近 年来迅速发展的技术领域，它研究如何使电气、电 子设备或系统在电磁环境中既具有足够抗干扰能力 、保持正常的工作性能，同时也不对处于同一环境 中的其它设备和系统造成干扰。 设备、系统在共同的电磁环境中能一起执行各自功能 的共存状态。 emc的基本概念 3 4 emc的基本概念 emc的基本概念 5 6 emi(electronic-magnetic interference)emi(electronic-magnetic interference) 电磁干扰：装置、设备对外界产生的电磁发射 包括： 传导发射（conducted emissions (ac/dc)） 辐射发射（radiated emission） 谐波/闪烁（harmonics/flicker） emc的基本概念 设备对外发射 7 ems(electronic-magnetic susceptibility)ems(electronic-magnetic susceptibility) 电磁敏感度：装置、设备或系统对外界电磁干扰的抵 抗能力 辐射（radiated immunity） 射频传导（rf conduct immunityrf conduct immunity） 静电放电（esdesd) 电快速瞬变脉冲（burstburst) 浪涌（surgesurge) 电压变化、突降/中断（voltage dips and interruptionsvoltage dips and interruptions） 工频/脉冲磁场（circle/pulse magnetic fieldcircle/pulse magnetic field） 振荡波（oscillatory wavesoscillatory waves) 谐波（harmonicsharmonics） emc的基本概念 8 脉冲群脉冲群 瞬态干扰瞬态干扰 雷击浪涌雷击浪涌 辐射辐射 静电放电静电放电 emc的基本概念 emsems 9 emc的基本概念 电磁干扰三要素：干扰源、耦合路径、敏感设备 10 emc的基本概念 11 电磁干扰源 自然干扰源 天电噪声 宇宙噪声 人为干扰源 无线电发射机 信息技术设备时钟、开关电源 静电放电 机动车辆和内然机等 emc的基本概念 12 传输途径 传导 公共电源、公共地线、互连线 辐射 通过空间传播：近场区或感应场区（电容耦合、电 感耦合）、远场区（干扰源的发射的电磁能量以电 磁波的形式，通过空间传播作用到接收器上) emc的基本概念 13 电磁干扰导致设备系统性能下降、无法工作甚至损坏电磁干扰导致设备系统性能下降、无法工作甚至损坏 通信故障、中断通信故障、中断 设备无法工作、损坏设备无法工作、损坏 电网保护装置误动或拒动，导致电网事故电网保护装置误动或拒动，导致电网事故 系统系统“ “死机死机” ” 静电引起火灾、设备损坏静电引起火灾、设备损坏 对人类健康产生影响对人类健康产生影响 emc的基本概念 emc的危害 14 美国每年因电磁干扰（包括雷害）而导致设备损坏的损失就达260亿美元。 emc的危害 emc的基本概念 喷气式民航飞机每50001000小时的飞行平均遭一次雷击 。1992年，国家气象中心大楼遭雷击，整个计算机系统停止工作46小时。 ， 研究表明esd对电子和其相附设备的损害每年高于50亿美元。 15 电磁兼容引起世界各国及有关国际组织的关注 国际电工委员会(iec)最早成立了国际无线电干扰特别委员会 (cispr)对电磁辐射干扰进行了管理规定 iec/tc77、tc65分委员会 美国fcc认证 欧盟emc指令 我国电磁兼容认证 （3c认证、 chinacompulsorycertification ） 发布的电磁兼容标准 国际标准 cispr系列、iec61000-4系列 国内标准 gb/t 17626系列、gb9254、gb17625等 emc组织及相关标准 16 emc组织及相关标准 17 18 18 19 emi测试 辐射骚扰电磁场（re） 以电磁波的形式通过空间传播能量的电磁骚扰。 骚扰功率（dp） 在规定的条件下测得的电磁骚扰功率。 传导骚扰（ce） 通过一个或多个导体传递能量的电磁骚扰。 骚扰限值（limit of disturbance) 对应于规定测量方法的最大许可电磁骚扰电平。 耦合路径（coupling factor) 部分或全部电磁能量从规定源传到另一电路或装置所经由的路径。 19 20 20 21 ems测试 o 辐射敏感度:辐射敏感度试验（rs） o 工频磁场辐射敏感度试验（pms） o 静电放电抗扰度（esd） 传导敏感度（cs） 电快速瞬态脉冲群抗扰度试验（eft/b） 浪涌抗扰度试验（surge） 电压跌落与短时中断抗扰度（dip） 电力线感应/接触（power induction/contact） 2 1 22 23 24 emc测试结果的评价 a级：试验中技术性能指标正常； b级：试验中性能暂时降低，功能不丧失，试验后能 自行恢复； c级：功能允许丧失，但能自恢复，或操作者干预后 能恢复； r级：除保护元件外，不允许出现因设备（元件）或 软件损坏或数据丢失而造成不能恢复的功能丧失或 性能降低。 24 25 25 26 基本的电磁兼容控制技术 屏蔽 切断电磁干扰通过空间转播的途径，衡量指标为屏 效能。 滤波 在频域上处理电磁噪声的一种技术，其特点是将不 需要的一部分频谱滤掉。 接地 提供有用信号或无用信号，电磁噪声的公共通路， 有效设计地平面，可以抑制电磁噪声。 pcb设计 26 27 屏蔽设计的基本原则： 屏蔽体结构简洁，尽可能减少不必要的孔洞，尽可能 不要增加额外的缝隙； 避免开细长孔，通风孔尽量采用圆孔并阵列排放。屏 蔽和散热有矛盾时尽可能开小孔，多开孔，避免开大 孔； 足够重视电缆的处理措施，电缆的处理往往比屏蔽本 身还重要； 屏蔽体的电连续性是影响结构件屏蔽效能最主要的因 素，相对而言，一般材料本身屏蔽性能以及材料厚度 的影响是微不足道的（低频磁场例外）； 注意控制成本！ 27 28 产品emc设计 pcb设计（布局、分层、布线、匹配） 滤波设计（分层滤波） 接地设计（工作地、保护地、雷击地、接地方法） 屏蔽设计（通风、结构开口、出线缆、搭接） 28 29 屏蔽设计 通风孔屏蔽设计 结构搭接缝屏蔽设计 出线电缆屏蔽设计 结构件开口屏设计 29 30 电缆从屏蔽体内穿出： 如果导体从屏蔽体中穿出去，将对屏蔽体的屏蔽 效能产生显著的劣化作用。这种穿透比较典型的 是电缆从屏蔽体中穿出。 30 31 穿出屏蔽体电缆的设计原则： 采用屏蔽电缆时，屏蔽电缆在出屏蔽体时，采用夹线结构 ，保证电缆屏蔽层与屏蔽体之间可靠接地，提供足够低的 接触阻抗。 2、采用屏蔽电缆时，用屏蔽连接器转接将信号接出屏蔽 体，通过连接器保证电缆屏蔽层的可靠接地。 3、采用非屏蔽电缆时，采用滤波连接器转接，由于滤波 器通高频的特性，保证电缆与屏蔽体之间有足够低的高频 阻抗。 31 32 穿出屏蔽体电缆的设计原则： 4、采用非屏蔽电缆时，电缆在屏蔽体的内侧（或者 外侧）要足够短，使干扰信号不能有效地耦合出去 ，从而减小了电缆穿透的影响。 5、电源线通过电源滤波器出屏蔽体，由于滤波器通 高频的特性，保证电源线与屏蔽体之间有足够低的 高频阻抗。 6、采用光纤出线。由于光纤本身没有金属体，也就 不存在电缆穿透的问题。 32 33 接地的概念及目的： 一是为了安全，称为保护接地。电子设备的金属外 壳必须接大地，这样可以避免因事故导致金属外壳 上出现过高对地电压而危及操作人员和设备的安全 。 二是为电流返回其源提供低阻抗通道，即工作接地 。 防雷接地，为雷击提供电流泄放。 33 34 滤波 滤波电路是由电感、电容、电阻、铁氧体磁珠和共模 线圈构成的频率选择性网络，阻止某段频率范围内的 信号沿线传递。 滤波电路种类：反射、吸收。 34 35 滤波器件 电容（通用电容、三端电容） 电感（通用电感、共模电感、磁珠） 电阻 35 36 36 37 pcb设计 布局：同类电路布在一块、控制最小路径原则、高速电路间不 要靠近小面板、电源模块靠近进单盘的位置 分层：高速布线层必须靠近一层地、电源与地相邻、元件面下 布一层地、近可能将两个表层布地层、内层比表层缩进20h 布线：3w原则、差分对线等长，靠近走、高速或敏感线不能 跨分割区 接地：同类电路单独分布地，在单板上单点相连 滤波：电源模块、功能电路设计板级虑波电路 接口电路设计：接口电路设计滤波电路、实现内外有效隔离 37 38 pcb分层设计 元件面下面（第二层）为地平面 所有信号层尽可能与地平面相邻 尽量避免两信号层直接相邻 主电源尽可能与其对应地相邻 兼顾层压结构对称 38 39 布局的基本原则： 参照原理功能框图，基于信号流向，按照功能模块划分 数字电路与模拟电路、高速电路与低速电路、干扰源与敏感电路分 开布局 单板焊接面避免放置敏感器件或强辐射器件 敏感信号、强辐射信号回路面积最小 晶体、晶振、继电器、开关电源等强辐射器件或敏感器件远离单板 拉手条、对外接口连接器、敏感器件放置，推荐距离1000mil 敏感器件：远离强辐射器件，推荐距离1000mil 隔离器件、a/d器件：输入、输出互相分开，无耦合通路（如相邻 的参考平面），最好跨接于对应的分割区 39 40 布线 走线短，不同类走线间距宽（信号及其回流线、差分 线、屏蔽地线除外），过孔少，无环路，回路面积小 ，无线头 有延时要求的走线，其长度符合要求 无直角，对关键信号线优先采用圆弧倒角 相邻层信号走线互相垂直或相邻层的关键信号平行布 线1000mil 走线线宽无跳变或满足阻抗一致 40 41 接口电路的布局的基本原则： 接口信号的滤波、防护和隔离等器件