EMC(電磁兼容性)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

EMC(電磁兼容性)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1.EMC(電磁兼容性)概括1.1電子系統(tǒng)的電磁兼容性EMC(電磁兼容性)技術(shù)的早期不過考慮對(duì)無線電通信、廣播有影響的射頻攪亂。跟著攪亂源范圍的擴(kuò)大及電磁能量應(yīng)用形式的增加，電磁騷擾不在限制于輻射，還要考慮感覺、耦合和傳導(dǎo)等惹起的電磁攪亂。電磁攪亂除影響電子系統(tǒng)和設(shè)備的正常工作外，對(duì)人體健康也會(huì)造成有害的影響。電磁兼容性定義電磁兼容性研究中常常波及以下術(shù)語a.電磁騷擾與電磁攪亂-----電磁騷擾是指任何可能惹起器件、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低的電磁現(xiàn)象，電磁騷擾可能是電磁噪聲、無用信號(hào)或流傳媒介自己的變化；電磁攪亂重申的是電磁騷擾現(xiàn)象所造成的結(jié)果。平時(shí)人們不予嚴(yán)格區(qū)分，統(tǒng)稱為電磁攪亂（EMI）.b.抗攪亂度與電磁敏感度------抗攪亂度是指存在電磁騷擾的狀況下，器件、設(shè)備或系統(tǒng)性能不降低條件下的正常運(yùn)行能力；敏感度衡量的是電子設(shè)備或分系統(tǒng)對(duì)電磁環(huán)境所表現(xiàn)的不希望有響應(yīng)程度。敏感度閾值越小，抗擾度越差。多用電磁敏感度表示（EMS）C.電磁兼容性------器件、設(shè)備或系統(tǒng)在所處電磁環(huán)境中優(yōu)異運(yùn)行，并且不對(duì)其所在環(huán)境產(chǎn)生任何難以承受的電磁騷擾的能力。EMC涵蓋了EMI、EMS雙方面。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備互不攪亂、兼容運(yùn)行，既要控制騷擾源的電磁發(fā)射，又要提高受騷擾對(duì)象的抗擾度。1.2電磁攪亂三因素任何一對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)或裝置之間的電磁騷擾和響應(yīng)過程，均可簡化為用輻射發(fā)射和傳導(dǎo)發(fā)射來描述騷擾源；用輻射抗擾度和傳導(dǎo)抗擾度來描述感覺器。能否造成危害，還受耦合門路的限制。1).騷擾源騷擾源可分為自然騷擾源和人為騷擾源a.自然騷擾源包含地球上各處的雷雨、閃電產(chǎn)生的天電噪聲，太陽黑子爆炸和活動(dòng)產(chǎn)生的噪聲以及銀河系的宇宙噪聲。b.人為騷擾是由機(jī)電或其余人工裝置產(chǎn)生的電磁騷擾，騷擾源包含：各種無線電發(fā)射裝置、各種射頻設(shè)備；高壓設(shè)備、家用電器等等。跟著科技的進(jìn)步人為騷擾源會(huì)愈來愈多。c.靜電當(dāng)兩種介電常數(shù)不同的絕緣資料直接接觸,特別是相互摩擦?xí)r,二者間會(huì)發(fā)生電荷的轉(zhuǎn)移而各自帶有不同的電荷,這種現(xiàn)象稱為靜電充電.人體相同也會(huì)發(fā)生靜電充電,天氣愈干燥,感覺的電荷量愈大.一般人體的充電電壓可達(dá)20KV,當(dāng)帶有靜電高壓的人員涉及電子設(shè)備時(shí),就會(huì)發(fā)生放電現(xiàn)象,放電火花產(chǎn)生的電磁攪亂會(huì)使電子系統(tǒng)失靈或發(fā)生故障.除去靜電危害宜采納以下措施:采用導(dǎo)電纖維編織的地毯或抗靜電地板;操作人員衣著防靜電工作服和工作鞋,并戴上接地的導(dǎo)電手鐲;把空氣的相對(duì)濕度增加到60％--70％,借助加大潮氣的含量來增加絕緣資料的導(dǎo)電率,防范靜電積累.將系統(tǒng)或設(shè)備內(nèi)所有的金屬構(gòu)件用導(dǎo)電條連結(jié)起來,除去系統(tǒng)中任何兩個(gè)金屬物體之間由靜電感覺而惹起的電位差.2).電磁騷擾的流傳a.傳導(dǎo)攪亂沿電源線或信號(hào)線傳輸?shù)碾姶膨}擾稱為傳導(dǎo)攪亂.電子系統(tǒng)內(nèi)各單元電路之間存在各種連線,如電源線、信號(hào)互連線及公共地線等，就有可能使一個(gè)設(shè)備的電磁能量沿著這種導(dǎo)線傳輸?shù)脚徳O(shè)備和單元電路，造成攪亂。b.輻射攪亂輻射攪亂是指經(jīng)過空間傳導(dǎo)的電磁騷擾。騷擾源的電路、輸入輸出信號(hào)電路和控制電路的導(dǎo)線在必定條件下都可構(gòu)成輻射天線，當(dāng)騷擾源的外殼流過高頻電流時(shí)，外殼自己也就成為輻射天線。3）電子設(shè)備電磁兼容性設(shè)計(jì)的基本要求a.優(yōu)化信號(hào)設(shè)計(jì)傳輸信息的電信號(hào)需要占用必定的頻譜。為盡量減小攪亂，對(duì)實(shí)用信號(hào)應(yīng)規(guī)定必需的最小占用帶寬，這有賴于優(yōu)化信號(hào)波形。b.完美線路設(shè)計(jì)應(yīng)設(shè)計(jì)和采用自己發(fā)射小、抗攪亂能力強(qiáng)的電子線路作為電子設(shè)備的單元電路。C.障蔽用障蔽體將攪亂源包封起來，能夠防范攪亂電磁場(chǎng)經(jīng)過空間向外流傳；反之，用障蔽體將感覺器包封，即可以使感覺器免受外界空間電磁場(chǎng)的影響。障蔽技術(shù)固然能有效地阻斷電磁攪亂的流傳通道，但是它又可能使設(shè)備的通風(fēng)散熱困難、維修不便，并以致重量、體積和成本的增加。所以應(yīng)采用合理的措施，以最正確的效/費(fèi)比來滿足電磁兼容性的要求。d.接地與搭接不論能否與大地有實(shí)質(zhì)連結(jié)，只需為電源和信號(hào)電流供應(yīng)了回路和基準(zhǔn)電位，就通稱為接地。電子設(shè)備接地是克制噪聲和防范攪亂的重要措施之一。設(shè)計(jì)中如能周密設(shè)計(jì)地線系統(tǒng)，綜合使用接地、濾波和障蔽等措施，常?？墒掳牍Ρ叮行У靥岣咴O(shè)備的電磁兼容性。e.濾波濾波是借助克制元件將實(shí)用信號(hào)頻譜以外不希望經(jīng)過的能量加以克制。它既能夠克制攪亂源的發(fā)射，又能夠克制攪亂源頻譜重量對(duì)敏感設(shè)備、電路或元件的影響。濾波雖能十分有效地克制傳導(dǎo)攪亂，但制造大容量、寬頻帶的抗電磁攪亂濾波器的代價(jià)特別昂貴。f.合理布局合理布局包含系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)各單元之間的相對(duì)地點(diǎn)和電纜走線等，其基本源則是使感覺器和攪亂源盡可能遠(yuǎn)離，輸入與輸出端口妥當(dāng)分開，高電平電纜及脈沖引線與低電平電纜分別敷設(shè)。經(jīng)過合理布局能使相互攪亂減小到最小程度而又花費(fèi)不多。2.EMC(電磁兼容性)的障蔽設(shè)計(jì)概括：用導(dǎo)電或?qū)Т刨Y料制成的用以克制電場(chǎng)、磁場(chǎng)及電磁場(chǎng)攪亂的盒、殼、板和柵、網(wǎng)、管等稱為障蔽。障蔽有兩個(gè)目的，一是限制內(nèi)部的輻射電磁能量泄漏，二是防范外來的輻射攪亂進(jìn)入某一地區(qū)。依據(jù)其克制功能的不同，障蔽可分為：電障蔽---對(duì)靜電場(chǎng)或交變電場(chǎng)的障蔽磁障蔽---對(duì)恒磁場(chǎng)或交變磁場(chǎng)的障蔽電磁障蔽---對(duì)電磁場(chǎng)的障蔽2.1電場(chǎng)障蔽a.原理---電場(chǎng)的障蔽是在攪亂源和敏感單元之間設(shè)置優(yōu)異接地的金屬屏障,即可以克制攪亂源電場(chǎng)對(duì)敏感單元的影響.b.電障蔽的設(shè)計(jì)重點(diǎn)1)障蔽體一定優(yōu)異接地---接地電阻一般應(yīng)小于2mΩ,嚴(yán)格的場(chǎng)合應(yīng)小于0.5mΩ.為減小接地電阻,可采用橫截面和周長較大的導(dǎo)線.為減小接地線的感抗,要盡量減少導(dǎo)線的長度.2)正確選擇接地址---障蔽體的接地址應(yīng)湊近被障蔽的低電平元件的入地址,防止低電平電路的地線流過較大的地電流.3)合理設(shè)計(jì)障蔽體的形狀---用全封閉的盒體最好.4)選擇導(dǎo)電性能好的導(dǎo)體做障蔽體,如銅、鋁等。高頻時(shí)，障蔽體表面鍍銀。c.電場(chǎng)障蔽的結(jié)構(gòu)1)單層蓋結(jié)構(gòu)---障蔽體用單層蓋的障蔽盒,為減少盒體與盒蓋的接觸電阻應(yīng)盡量增加盒體與盒蓋間的接觸面積.2)雙層蓋結(jié)構(gòu)---采用雙層障蔽蓋結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)一步提高障蔽的效能.此時(shí)盒體的內(nèi)表面與內(nèi)障蔽蓋構(gòu)成一個(gè)障蔽盒,而盒體的表面面與外層障蔽蓋又構(gòu)成了另一個(gè)障蔽盒.所以,能夠大大提高障蔽成效.3)障蔽盒的共蓋和分蓋結(jié)構(gòu)---在有隔板的障蔽盒體內(nèi)采用分開的障蔽蓋,能夠減少此間的寄生耦合電容.分開的障蔽蓋結(jié)構(gòu)的障蔽成效優(yōu)于一個(gè)障蔽蓋的結(jié)構(gòu).為提高共蓋結(jié)構(gòu)的障蔽成效,應(yīng)盡量減小蓋子與隔板之間電連結(jié)的縫隙.4)印制導(dǎo)線障蔽---單面印制電路板,在信號(hào)線之間設(shè)置接地的印制線可起障蔽作用.雙面印制電路板,除在信號(hào)線之間設(shè)置接地線以外,其反面的銅箔也接地.2.2磁場(chǎng)障蔽---磁場(chǎng)的頻率不同,采納的磁障蔽原理也不同.a.低頻磁場(chǎng)的障蔽1)原理---恒磁場(chǎng)或低頻交變磁場(chǎng)(f＜100Hz)的障蔽方法是采用高磁導(dǎo)率的鐵磁資料進(jìn)行磁分路.因?yàn)殍F磁性資料的磁導(dǎo)率比空氣的磁導(dǎo)率大的多,所以鐵磁性資料的磁阻很小.將鐵磁性資料置于磁場(chǎng)中時(shí),磁通主要經(jīng)過鐵磁性資料,而經(jīng)過空氣的磁通將大為減小,從而起到磁場(chǎng)障蔽的作用.2)低頻磁障蔽的設(shè)計(jì)重點(diǎn)---選擇相對(duì)磁導(dǎo)率高的資料做障蔽體---被障蔽元件和障蔽盒之間應(yīng)選擇適合的空隙（被障蔽元件與障蔽盒之間越大,有利于提高障蔽成效.但是,空隙過大,將是障蔽盒變大,給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來困難,同時(shí)也增加了成本.）---選擇足夠的障蔽盒厚度（增大壁厚有利于減小磁阻,使得磁分路成效更為明顯,但壁厚的大小還應(yīng)試慮成本、制造工藝、結(jié)構(gòu)尺寸等因素。）---注意障蔽盒的安裝方向（對(duì)于橫截面為矩形的障蔽盒，安裝時(shí)應(yīng)使其長邊平行于磁感線方向）3）低頻磁場(chǎng)障蔽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)---減小障蔽盒接縫的磁阻（障蔽盒多為鈑金制作，盒體的接縫處存在必定的空隙，盒與蓋之間也有空隙，這些都會(huì)增大磁阻。為了減小障蔽盒〈蓋〉接縫處的磁阻，對(duì)較薄的板材〈0.8MM〉能夠采用翻邊卷口連結(jié)；對(duì)較厚的板材〈0.8—2.5MM〉能夠采用搭接點(diǎn)焊、鉚接和用導(dǎo)磁資料蜜焊，其搭接高度不小于8MM；為增大盒體與盒蓋的套入深度〈一般不大于10MM〉，并用螺釘連結(jié)以減小接縫磁阻。---障蔽盒接縫地點(diǎn)應(yīng)平行于磁場(chǎng)（當(dāng)磁場(chǎng)垂直于障蔽盒的接縫時(shí)，接縫切斷磁感線，磁通流經(jīng)接縫處會(huì)碰到較大的磁阻。若磁場(chǎng)平行于接縫，則磁阻較小。要做到此，第一在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就要安排好接縫的地點(diǎn)。二是要在安裝時(shí)注意接縫的地點(diǎn)不要影響磁路。）---正確部署障蔽盒上的通風(fēng)孔和接線孔（障蔽盒上開通風(fēng)孔、接線孔時(shí)，應(yīng)注意其尺寸大小和方向布局，要求盡量少地削弱導(dǎo)磁截面積，不增加導(dǎo)磁回路的長度，即盡量減小障蔽體的磁阻。）---雙層磁障蔽（要獲取高的障蔽成效，常常采用高磁導(dǎo)率資料和增加資料厚度的方法，但是，采用高磁導(dǎo)率資料和增加資料厚度都是有限度的，此時(shí)，能夠采用雙層磁障蔽結(jié)構(gòu)。）b.高頻磁場(chǎng)的障蔽1)原理---高頻交變磁場(chǎng)指的是高頻電磁場(chǎng)中的磁場(chǎng)重量,利用電磁感覺現(xiàn)象在障蔽體表面產(chǎn)生的渦流的反磁場(chǎng)來達(dá)到高頻磁場(chǎng)障蔽的目的,也就是利用渦流反磁場(chǎng)對(duì)原攪亂磁場(chǎng)的排斥作用,來克制或抵消障蔽體外的磁場(chǎng).2)高頻磁障蔽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)---選擇相對(duì)電導(dǎo)率高的資料做障蔽體.障蔽盒的電阻越小,產(chǎn)生的渦流越大.---因?yàn)楦哳l電流的集膚效應(yīng),渦流僅在障蔽體的表面薄層流過,而障蔽體內(nèi)層被表面渦流障蔽,所以高頻磁障蔽盒無需做的很厚,一般取0.2-0.8MM.---障蔽盒在垂直于渦流方向不該開孔或有縫隙.在垂直與渦流的方向開孔或有縫隙,將切斷渦流,削弱反磁場(chǎng)對(duì)原攪亂磁場(chǎng)的抵消作用,使障蔽成效變差.若縫隙和開孔沿著渦流方向,則對(duì)障蔽成效的影響較小.一般障蔽盒上的縫隙和開孔尺寸不大于原磁場(chǎng)波長的1/50---1/100.---障蔽盒能否接地不影響磁障蔽成效.但是接地,則此障蔽盒同時(shí)擁有電場(chǎng)障蔽和磁場(chǎng)障蔽的作用.2.3電磁場(chǎng)的障蔽a.電磁場(chǎng)的障蔽原理利用導(dǎo)電優(yōu)異的障蔽資料,如鋁板、鋁箔、銅板、銅箔或在塑料機(jī)箱上鍍鎳或銅，利用它們對(duì)攪亂電磁波的反射、汲取和多次反射作用，衰減攪亂電磁場(chǎng)的能量，達(dá)到障蔽成效。b.設(shè)計(jì)重點(diǎn)---采用高導(dǎo)電率資料---依照電磁場(chǎng)的障蔽原理合理確定尺寸和結(jié)構(gòu)形式---即使障蔽物的壁厚很小也可獲得較好的障蔽成效，故確定障蔽物資料的厚度時(shí)，主要考慮其工藝性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度c.電磁場(chǎng)的障蔽結(jié)構(gòu)電磁障蔽是對(duì)電磁波的障蔽，其對(duì)障蔽資料的性能要求與靜電障蔽相同，都是高導(dǎo)電體。但是靜電障蔽的重點(diǎn)要求障蔽體一定接地。而影響障蔽體電磁障蔽效能的不是障蔽體能否接地，而是障蔽體導(dǎo)電的連續(xù)性。電磁障蔽對(duì)障蔽體的導(dǎo)電性能要求比靜電障蔽高的多。障蔽結(jié)構(gòu)可分為:障蔽格結(jié)構(gòu)、獨(dú)立障蔽盒結(jié)構(gòu)、雙層障蔽結(jié)構(gòu)。1）縫隙結(jié)構(gòu)---障蔽盒的接縫是電磁波的泄漏源。解決的方法是在縫隙處使用電磁密封襯墊。電磁密封襯墊是一種導(dǎo)電的彈性資料，它能夠保持縫隙處的導(dǎo)電的連續(xù)性。電磁密封襯墊能夠是導(dǎo)電的金屬網(wǎng)、銀粉導(dǎo)電橡膠等。此刻又出現(xiàn)了一些新的導(dǎo)電資料，如導(dǎo)電膠、導(dǎo)電膩?zhàn)?、?dǎo)電潤滑脂等。2）孔洞結(jié)構(gòu)機(jī)箱上散熱孔、觀察孔和穿過機(jī)箱的電纜也是造成機(jī)箱障蔽效能下降的主要原因。機(jī)箱上張口惹起的電磁泄漏與張口的尺寸、輻射源的特征和輻射源到張口的距離有關(guān)。經(jīng)過適合地設(shè)計(jì)張口尺寸和輻射源到張口的距離能夠滿足障蔽的要求。---在孔面積相同時(shí)，長方形孔泄漏最大而圓形孔泄漏最小。所以要少開長方形孔洞。實(shí)踐證明，當(dāng)孔隙、縫隙的最大線形尺寸等于攪亂源半波長的整數(shù)倍時(shí)，孔縫的電磁泄漏最大，所以一般要求孔隙、縫隙的最大線形尺寸小于λ/10—λ/100.---為減少感覺渦流流動(dòng)的電阻，所開空洞切口應(yīng)順著感覺渦流流動(dòng)的方向并使渦流均勻分布。---安裝高頻線圈障蔽盒時(shí)，應(yīng)使接縫不切斷渦流。---孔縫泄漏的大小主要取決于孔的面積、孔截面上的最大線形尺寸、電磁波頻率及孔的深度。對(duì)于一定存在的大孔，應(yīng)采用安裝金屬網(wǎng)等方法，減少泄漏。2.4克制電磁攪亂的工程措施a.接縫的障蔽1)永久性接縫的障蔽---障蔽體上的永久縫隙應(yīng)用焊接工藝密封,如熔焊和釬焊.詳細(xì)實(shí)行時(shí)用搭焊和對(duì)焊.用鍍鋅鐵皮制成的障蔽體常用翻邊咬合式接縫,它能夠有效地取代焊接形式的焊縫.若用電焊,焊點(diǎn)間距不宜超出5CM.2)非永久性接縫的障蔽---在接縫處加入由導(dǎo)電橡膠、金屬簧片等資料制成的既擁有必定彈性，又擁有優(yōu)異導(dǎo)電特征，同時(shí)還可填補(bǔ)縫隙的導(dǎo)電襯墊，保持了兩個(gè)界面間的電連續(xù)性，從而大大提高了機(jī)箱的障蔽成效。b.導(dǎo)電襯墊導(dǎo)電襯墊是特地用于克制機(jī)箱縫隙電磁泄漏的專用障蔽資料,也是目前最寬泛的一類障蔽資料,導(dǎo)電襯墊可分為導(dǎo)電橡膠、金屬編織網(wǎng)套、螺旋管襯墊、梳形簧片襯墊、定向金屬導(dǎo)電橡膠和擁有金屬鍍層的聚氨脂泡沫襯墊六種種類。導(dǎo)電襯墊應(yīng)具備以下的基本要求:---導(dǎo)電襯墊應(yīng)擁有足夠的彈性和厚度---導(dǎo)電襯墊的導(dǎo)電資料應(yīng)有高的電導(dǎo)率.---導(dǎo)電襯墊的導(dǎo)電資料應(yīng)擁有耐腐化性,并與障蔽體兩配合面資料的電化學(xué)性能相容,防范導(dǎo)電襯墊與金屬配接面發(fā)生電化學(xué)腐化.---導(dǎo)電襯墊中的彈性資料在障蔽體工作溫度下的壓縮變形和壽命要吻合要求.c.導(dǎo)電膠帶1)電磁障蔽膠帶---障蔽膠帶是由帶有銅箔或鋁箔等高導(dǎo)電性資料的導(dǎo)電布,附上導(dǎo)電膠構(gòu)成的不干膠帶，主要用于縫隙的障蔽和電纜障蔽層的端接，膠帶能夠直接粘貼在有EMI泄漏的縫隙處，使用方便。使用時(shí)粘貼好膠帶后，要用力碾壓多次，這樣才能使金屬箔與另一部分金真實(shí)現(xiàn)優(yōu)異電接觸,保證障蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性,達(dá)到最正確障蔽成效.2)導(dǎo)電法蘭保護(hù)膠帶---障蔽體表面需要噴漆時(shí),在接合面處貼上此膠帶,噴完漆后將膠帶上的覆蓋物揭下,裸露出導(dǎo)電性、耐腐化性好的表面，便于電磁障蔽襯墊與金屬基體導(dǎo)電連通，使用這種資料能夠防止對(duì)障蔽體的整體進(jìn)行導(dǎo)電辦理，從而降低成本。3）電纜障蔽纏帶---電纜障蔽纏帶可直接環(huán)繞在電纜表層，頻率為100kHz---1GHz時(shí)，障蔽效能可達(dá)40---60dB.障蔽纏帶的端頭能夠用焊接、導(dǎo)電膠粘接、金屬卡與連結(jié)器壓接等三種接地方式。d.通風(fēng)窗口的電磁障蔽通風(fēng)冷卻孔泄漏的克制能夠采用以下三種方法1）將金屬絲網(wǎng)覆蓋在大面積的通風(fēng)口上，能明顯地防范電磁泄漏。金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，通風(fēng)量大，合用于障蔽要求不太高的場(chǎng)合。假如頻率大于200KHz時(shí)，其障蔽效能將明顯下降。2）環(huán)境條件較好時(shí)采用穿孔鋁箔金屬板進(jìn)行障蔽。在滿足通風(fēng)量要求的條件下，障蔽體應(yīng)以多個(gè)小圓孔取代大孔。因?yàn)椴淮嬖诮饘俳z網(wǎng)網(wǎng)柵交點(diǎn)接觸不穩(wěn)固的缺點(diǎn)，其障蔽效能比較穩(wěn)固。這種產(chǎn)品的價(jià)錢低，但強(qiáng)度差，易破壞。若環(huán)境惡劣，則可使用銅或鋼制蜂窩板覆蓋通風(fēng)窗口，能夠提高障蔽效能。這種產(chǎn)品的各方面性能優(yōu)勝，