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电磁兼容EMC产生的原因以及仿真测试

当前,日益恶化的电磁情况,使我们徐徐关注设备的事情情况,日益关注电磁情况对电子设备的影响,从设计开始,融入电磁兼容设计,使电子设备更靠得住的事情。

电磁兼容设计主要包孕浪涌(冲击)抗扰度、振铃波浪涌抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、电压暂降、短时中断和电压变更抗扰度、工频电源谐波抗扰度、静电抗扰度、射频电磁场辐射抗扰度、工频磁场抗扰度、脉冲磁场抗扰度、传导骚扰、辐射骚扰、射频场感应的传导抗扰度等相关设计。

电磁滋扰的主要形式

电磁滋扰主如果经由过程传导和辐射要领进入系统,影响系统事情,其他的要领还有共阻抗耦合和感应耦合。

传导:传导耦合即经由过程导电媒质将一个电收集上的骚扰耦合到另一个电收集上,属频率较低的部分(低于30MHz)。在我们的产品中传导耦合的道路平日包括电源线、旌旗灯号线、互连线、接地导体等。

辐射:经由过程空间将一个电收集上的骚扰耦合到另一个电收集上,属频率较高的部分(高于30MHz)。辐射的道路经由过程空间通报,在我们电路中引入和孕育发生的辐射滋扰主如果各类导线形成的天线效应。

共阻抗耦合:当两个以上不合电路的电流流过公共阻抗时呈现的互相滋扰。在电源线和接地导体上传导的骚扰电流,多以这种要领引入到敏感电路。

感应耦合:经由过程互感道理,将在一条回路里传输的电旌旗灯号,感应到另一条回路对其造成滋扰。分为电感应和磁感应两种。

对这几种道路孕育发生的滋扰我们应采纳的响应对策:传导采取滤波(如我们设计中每个IC的片头电容便是起滤波感化),辐射滋扰采纳削减天线效应(如旌旗灯号切近地线走)、樊篱和接地等步伐,就能够大年夜大年夜前进产品的抵抗电磁滋扰的能力,也可以有效的低落对外界的电磁滋扰。

电磁兼容设计

对付一个新项目的研发设计历程,电磁兼容设计必要贯穿全部历程,在设计中斟酌到电磁兼容方面的设计,才不致于返工,避免重复研发,可以缩短全部产品的上市光阴,前进企业的效益。

一个项目从研发到投向市场必要颠末需求阐发、项目立项、项目概要设计、项目具体设计、样品试制、功能测试、电磁兼容测试、项目投产、投向市场等几个阶段。

在需求阐发阶段,要进行产品市场阐发、现场调研,掘客对项目有用信息,整合项目成长前景,具体收拾项目产品事情情况,实地考察安装位置,是否对安装有所限定空间,事情情况是否特殊,是否有腐蚀、湿润、高温等,周围设备的事情环境,是否有恶劣的电磁情况,是否受限与其他设备,产品的研制成功能否大年夜大年夜前进临盆效率,或者能否给人们的生活或事情情况带来很大年夜的方便,操作应用要领能否轻易被人们所吸收,这就要求项目产品要满意现场功能必要、易于操作等,着末要收拾具体的需求阐发申报,以供需求评审。

颠末企业内部相关认真人的评审之后,完善需求阐发申报,然后是项目立项,项目立项必要组建项目组,把软件、硬件、布局、测试等职员安排到项目组中,分配各自的职责。项目开拓的下一阶段是项目概要设计,将项目分化成多个功能模块,运用WBS分化布局对项目进行功能分化细化,根据事情量安排光阴,安排详细职员。收拾项目概要设计申报,总体对项目进行评估,确定应用电源类型,电源散播环境,电源隔离滤波要领,系统接地要领,产品樊篱,产品布局采纳樊篱设计,采纳樊篱机箱机壳,阐发旌旗灯号类型,对雷电、静电、群脉冲等滋扰采取防护步伐。

产品概要设计申报出来后要颠末相关职员评审,阐发实现要领是否合理,实施规划是否可行,由评审职员给出评审申报,项目组结合评审申报对概要设计进行改动后,进入产品具体设计阶段,这阶段的内容包括道理图设计、PCB设计、PCB采购及焊接、软件编写、功能调试等历程,道理图设计应斟酌到电磁兼容方面的影响,对板级电源增添滤波电容,对旌旗灯号的接口部分增添滤波电路,根据旌旗灯号类型,选择相宜的滤波电路,若旌旗灯号为低频型号,应选择低通滤波电路,谋略相宜的截至频率,选择对应的电阻、电容等。另对接口部分设计大年夜电流泄放回路,设置防雷器件,做到第三级的防雷。

一、元器件选型

我们常用的电子器件主要包括有源器件和无源器件两种类型,有源器件主要指IC和模块电路等器件,无源器件主如果指电阻、电容、电感等元件。下面分手对这两种类型元件的选型、在电磁兼容方面要斟酌的问题做一些先容。

有源器件EMC选型

事情电压宽的EMC特点好,事情电压低的EMC特点好,在设计容许的范围内延时大年夜(平日所说的速率慢)特点好一些,静态电流小、功耗小的连大年夜的特点好,贴片封装的器件的EMC机能好于插装器件。

无源器件选型

无源器件在我们的利用中平日包括电阻、电容、电感等,对付无源器件的选型我们要留意这些元件的频率特点和散播参数。

无源器件在某些频率下,会体现出不合特点,一些电阻在高频时拥有电感的特点,如线绕电阻,电解电容的低频特点好,高频特点差,而薄膜电容和瓷片电容高频特点较好,但平日容量较小。斟酌温度对元器件的影响,根据设计道理,选用各类温度特点的器件。

二、印制板设计

印制板设计时,要斟酌到滋扰对系统的影响,将电路的模拟部分和数字部分的电路严格分开,对核心电路重点防护,将系统地线萦绕,并布线尽可能粗,电源增添滤波电路,采纳DC-DC隔离,旌旗灯号采纳光电隔离,设计隔离电源,阐发轻易孕育发生滋扰的部分(如时钟电路、通讯电路等)和轻易被滋扰的部分(如模拟采样电路等),对这两种类型的电路分手采取步伐。对付滋扰元件采取抑制步伐,对敏感元件采取隔离和保护步伐,并且将它们在空间和电气上拉开间隔。在板级设计时,还要留意元器件放置要阔别印制板边沿,这对防护空气放电是有利的。

采样电路的道理图设计拜见图1:

图1:采样电路设计。

电路的合理结构可以低落滋扰,前进电磁兼容机能。按照电路的功能划分多少个功能模块,阐发每个模块的滋扰源与敏感旌旗灯号,以便进行特殊处置惩罚。

印制板布线时,必要留意以下几个方面:

1、维持环路面积最小,例如电源与地之间形成的环路,减小环路面积,将减小电磁滋扰在此回路上的感应电流,电源线尽可能接近地线,以减小差模辐射的环面积,低落滋扰对系统的影响,前进系统的抗滋扰机能。并联的导线牢牢放在一路,应用一条粗导线进行连接,旌旗灯号线紧挨地平面布线可以低落滋扰。电源与地之间增添高频滤波电容。

2、使导线长度尽可能的缩短,减小了印制板的面积,低落导线上的滋扰。

3、采纳完备的地平面设计,采纳多层板设计,铺设地层,便于滋扰旌旗灯号泄放。

4、使电子元件阔别可能会发生放电的平面如机箱面板、把手、螺钉等,维持机壳与地优越打仗,为滋扰供给优越的泄放通道。对敏感旌旗灯号包地处置惩罚,低落滋扰。

5、只管即便采纳贴片元器件,贴片器件比直插器件的电磁兼容机能要好得多。

6、模拟地与数字地在PCB与外界连接处进行一点接地。

7、高速逻辑电路应接近连接器边缘,低速逻辑电路和存储器则应部署在阔别连接器处,中速逻辑电路则部署在高速逻辑电路和低速逻辑电路之间。

8、电路板上的印制线宽度不要突变,拐角应采纳圆弧形,不要直角或尖角。

9、时钟线、旌旗灯号线也尽可能接近地线,并且走线不要过长,以减小回路的环面积。

三、系统布线设计

印制板设计出来后,进行试制,焊接调试,系统装机,斟酌电磁兼容设计身分,机柜布局、线缆设计必要留意以下几个方面:

1、机柜选用电磁樊篱柜,具有优越的樊篱机能,很好地对系统进行樊篱,低落外界电磁滋扰对系统的影响。

2、总电源进线选用樊篱电源线,并加磁环,樊篱层在进入机柜处360度接地。

3、对系统外部旌旗灯号线选用樊篱线,樊篱层机柜进口处优越接地。

4、设备外壳就近接机柜,避免交叉。

5、系统设置隔离变压器和ups,包管系统供应纯净电源。

6、严格将电源线和旌旗灯号线分开,设备外壳的各个面之间和各个板子面板之间要优越打仗,打仗电阻要小于0.4欧,越小越好,包管设备外壳优越接大年夜地,这样在有静电开释时,不会影响到系统的正常事情。

四、系统接地设计

接地是最有效的抑制骚扰源的措施,可办理50%的EMC问题。系统基准地与大年夜地相连,可抑制电磁骚扰。外壳金属件直接接大年夜地,还可以供给静电电荷的透露通路,防止静电积累。

1、地线的观点

安然接地 包括保护接地和防雷接地。

保护接地 为产品的故障电流进入大年夜地供给一个低阻抗通道;

防雷接地 供给泄放大年夜电流的通路;

参考接地 为产品稳定靠得住事情供给参考电平,为电源和旌旗灯号供给基准电位。

安然接地是为了当呈现一些电气非常时,为大年夜电流和高电压供给一个泄放的回路,主如果对电路的一种保护步伐。参考地主如果旌旗灯号地和电源地,是包管电路实现功能的根基。

2、接地要领

悬浮接地 对一个自力的与外部没有接口的系统来说一样平常也没有什么问题,然则假如该系统与其他的系统之间存着接口如通讯口和采样线,那么悬浮接地很轻易受到静电和雷击的影响,以是一样平常电子产品大年夜多不采纳悬浮接地。

单点接地 当f《1MHz时可以选择单点接地,可分为并联单点接地和多级电路串联单点接地两种。

并联单点接地:每个电路模块都接到一个单点地上,每个单元在同一点与参考点相连。

多级电路的串联单点接地:将具有类似特点的电路的地连接在一路,形成一个公共点,然后将每一个公共点连接到单点地。

多点接地 当f》10MHz时会采纳多点接地。 设备中的电路都就近以接地母线为参考点。

单点接地各电路接在同一点,供给公共电位参考点,没有共阻抗耦合和低频地环路,但对高频旌旗灯号存在较大年夜的地阻抗。多点接地为就近接地,每条地线可以很短,供给较低接地阻抗。1MHz~10MHz可根据实际必要选用哪种接地措施。

混杂接地 是综合单点接地与多点接地的优点,对系统中的低频部分采纳单点接地,对系统中高频部分采纳多点接地。

旌旗灯号线樊篱接地 有高频和低频之分,高频采纳多点接地,低频电缆采纳单点接地。低频电场樊篱要求在接管端单点接地,低频磁场樊篱要求在两端接地。多点接地,除在两端接地外,并以3/20或1/10事情波长的距离接地。

系统做到优越接地,才能有效的抑制电磁滋扰,一个大年夜的系统机柜首先要包管每个面打仗优越,打仗紧凑,其次是机柜内部设备要就近接地,避免二次滋扰,就近泄放电磁滋扰。接口樊篱线要进行环接,再就近接机架。机柜下方设置接地铜排,系统总地线选用铜带对照好,对电磁滋扰进行很好的泄放,包管了系统的正常运行。

电磁兼容测试

系统功能测试,满意现场功能必要后,进行电磁兼容测试,电磁兼容测试轻易出问题是静电、群脉冲、浪涌、射频场传导等

1、静电抗扰度检测

介入了几个项目的静电抗扰度检测,对静电有必然熟识。静电分为打仗放电和空气放电,静电是积累的高压,当打仗到设备的金属外壳时会瞬间放电,会影响到电子设备的正常事情,可能引起设备故障或重启,在安然性要求较好的场合这是不容许的。

静电会影响显示效果,可能呈现显示闪烁或黑屏,影响正常显示和操作。静电还可能引起CPU事情非常,法度榜样逝世机或重启。

假如在产品具体设计阶段采纳电磁兼容的相关设计,做静电试验不必过分担心,经由过程设计,对静电积累的电荷进行优越的泄放,不会影响系统的正常事情。

2、电快速瞬变脉冲群抗扰度检测

电快速瞬变脉冲群是一系列的高频高压瞬变脉冲施加在设备上,察看设备是否受到其影响。防护群脉冲主要的措施是“疏导”“堵”,“疏导”便是供给泄放回路,是滋扰在进入系统之前,泄放至大年夜地,优越的樊篱层接地,可以泄放大年夜部分动滋扰,“堵”是使群脉冲滤除在设备之外,增添磁环,效果显着,封闭磁环的效果好于对扣磁环,也可以将磁环加入到板级中,固定在印制板中,这样使设备更靠得住。

对电源线、旌旗灯号线、通讯线两端增添磁环,可以对群脉冲滋扰进行防护。

3、雷击浪涌检测

雷击浪涌主要包孕两个方面,一个是电源防雷,一个是旌旗灯号防雷。

电源防雷主如果针对系统级而言的,系统级设计要按照三级防雷设计,总电源进入端设置电源防雷(如OBO公司的V20-C/3-PH 385),可以对系统的电源进行一级防护,电源颠末电源防雷后,进入隔离变压器,隔离变压器可以对电磁滋扰旌旗灯号进行较好的防护,抑制其对系统的影响。落后入UPS,UPS可以滤除一部分滋扰旌旗灯号,这样电源再进入系统设备,电源是一种纯净的电源,可以使系统更好、更靠得住的事情。

图2:系统电源部分设计示例。

旌旗灯号防雷是对系统的旌旗灯号通路进行防护,主要涉及的是板级设计,在板级设计中增添防雷器件,如气体放电管,增添TVS泄放回路,当有大年夜电流时经由过程配套电阻和TVS、气体放电管泄放,对后级电路起到保护感化。而后旌旗灯号进行光电隔离,再进入系统,系统可以采集到一个稳定的旌旗灯号,使系统正常阐发判断,正常发出指令,正常事情。另一方面便是设计较宽的旌旗灯号范围,旌旗灯号正常颠簸时,系统正常事情。

4、射频场感应传导的抗扰度检测

射感试验可能会对显示旌旗灯号、采集驱动等造成影响,可能使显示闪烁或黑屏,影响设备操作,可能使采集驱动事情非常,采集不到必要的旌旗灯号,无法驱动现场设备。

射频试验是0.15k~80M频率范围内对旌旗灯号线、电源进行滋扰,3级强度是10V/m。

射感防护的原则是将电源、旌旗灯号线的樊篱做好,樊篱层优越接地,选择相宜频率进行滤波,将滋扰滤除。

5、辐射发射检测、射频场辐射抗扰度检测

该测试主如果测试系统的抗射频旌旗灯号及整体樊篱机能,只要系统做好优越的樊篱,系统地线接地优越,系统就可以经由过程检测。

经由过程相关电磁兼容测试,产品就可以推向市场,进行试运行了,对试运行中呈现的问题,进行汇总,以备产品的改进。

电子产品满意相关的电磁兼容测试标准,经由过程测试,才可以推向市场,用户才能宁神应用,极大年夜地减小因电磁滋扰发生的变乱,对企业的效益、产品的推广起到积极的感化。

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