电磁兼容技术(第二章)课件

第二章第二章 抗干扰技术抗干扰技术4噪声从噪声源，经传播途径，进入系统，干扰系统工作（敏感设备）。4可以从上述任何环节抑制干扰：抑制噪声的产生、阻断干扰的传播、提高设备的噪声容限。4从噪声源处抑制噪声产生，效果最明显，但有时不易实现。4所有噪声都是通过一定的传播途径进入系统，因此在噪声传播途径上切断噪声的传播就成为最现实和有效的选择之一。按电磁干扰传播途径的分类按电磁干扰传播途径的分类4根据干扰进入系统途径的不同，干扰常被分为两大类类：传导干扰是通过导线，阻容，变压器等传播干扰，即“路”的干扰；另一种是辐射干扰，通过空间进行传播，即“场”的干扰。4细分又可分为直接传导干扰、公共阻抗干扰、电场耦合干扰、磁场耦合干扰、电磁场耦合干扰。4对于每种干扰，要求掌握：各种干扰的特点、干扰进入系统的机理、根据实例进行分析、抑制干扰的原理和主要方法。1 传导干扰传导干扰外界干扰通过电气连线，直接传导进入敏感设备。特点：干扰进入设备的途径是电气连线。传导干扰是在一般电气系统最普遍的干扰形式。大部分干扰在进入系统后，都会转变成传导干扰的形式，在整个系统内部蔓延。传导干扰举例传导干扰举例传导干扰是普遍存在的传导干扰极易在系统内部通过电气连线传递系统间的设备会通过电气连线相互传导干扰（传导干扰）传导干扰示意图：课课堂堂讨讨论论1、干扰通过电气连线进入系统，会出现什么情况？干扰将和信号混杂在一起。2、如何抑制传导干扰？利用干扰和信号之间的差异，将干扰“过虑”掉。3、有哪些差异可以被利用呢？两者一般在源阻抗、能量、频谱、持续时间等方面都有很大的不同。因此抑制传导干扰的关键和前提是找出信号和传导噪声之间可以被利用的差异。噪声限幅噪声限幅10v的切除输出输入幅值限制在0.3V0.7V在事先知道信号特征的情况下，使用一些非线性元件将不属于该特征的信号直接去除。利用源阻抗的差异对传导干扰进行抑制利用源阻抗的差异对传导干扰进行抑制4一般而言，干扰源的阻抗较大，而信号源的阻抗较小。4如何利用这个特点？降低敏感设备的输入阻抗。为什么可以抑制干扰呢?降低输入阻抗减小传导干扰实例降低输入阻抗减小传导干扰实例汽车无摩擦制动系统定频调宽的工作方式问题：MOS管经常发生过压损坏4原因：汽车的点火系统（火花塞）在点火瞬间会产生非常高的电压（10000V20000V）MOS管是高输入阻抗器件(大于100M)，任何一点微小的干扰信号都会在其输入端产生很高的电压幅值，干扰MOS管的工作，甚至击穿。在MOS管栅极和源极之间并小电阻，降低栅源之间的输入阻抗，并联稳压管，限制其输入幅值课堂讨论：光耦的作用课堂讨论：光耦的作用光电耦合器是一种常用的电子器件。利用光耦输入阻抗低，点亮光耦需要一定能量。的特点，可以用来抑制传导干扰。光耦利用光来传递信号，从路上切断了干扰传导的途径，因此成为抑制传导干扰最常用的器件之一。课堂讨论：光耦在应用上有什么限制？课堂讨论：光耦在应用上有什么限制？光耦一般只适于传递数字信号，若要传递模拟信号，还需要特殊的设计和电路。分布电容的存在，会为高频传导噪声提供一条进入系统的途径。如何减小分布电容？利用信号与干扰的持续时间不同利用信号与干扰的持续时间不同4干扰一般随机出现，多是以高频脉冲的形式出现，而有用的信号一般持续时间较长。按键的防抖处理利用频谱的差异对传导干扰进行抑制利用频谱的差异对传导干扰进行抑制4一般而言，干扰的频谱较高，而信号的频谱较低。4如何利用这个特点？加设各种滤波器，其中最常用的滤波器是低通滤波器（LPF）常用的几种无源低通滤波电路fdB低通滤波器的参数？截止频率的选择依据是干扰的最低频率、及信号的带宽，滤波器不能对正常的信号产生不良影响。交流电源：商业设备的场合，截止频率要低于开关电源的工作频率的1/10。需要符合军标的设备，截止频率要低于10kHz，一般可取0.54kHz，在10kHz处具有10dB以上的插入损耗。直流电源：截止频率要低于DC/DC开关频率的1/10。如果没有使用DC/DC模块，截止频率要低于电路的工作最低时钟频率的1/10。数字信号：脉冲信号波形的上升沿时间为tr，则滤波器的截止频率可取1/tr。或选频率的10倍作为截止频率。模拟信号：最高频率为fMAX，则滤波器的截止频率可取fMAX。截止频率的选择依据高通滤波器fdB帯通（带阻）滤波器（带通带阻滤波器）fdBfdBfdB+=无源滤波器与有源滤波器有什么区别？无源滤波器：这种电路主要有无源元件无源滤波器：这种电路主要有无源元件R、L和和C组组成。成。有源滤波器：集成运放和有源滤波器：集成运放和R、C组成，具有不用电组成，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。感、体积小、重量轻等优点。小电流在要求纹波较小时小电流在要求纹波较小时,往往采用有源滤波往往采用有源滤波,而大而大电流时采用无源滤波电流时采用无源滤波有源低通滤波器的结构图电源中的有源滤波装置AFC衰减220v差值放大12342和 3通 过 差 放 变 成4然 后 进 入 变 压 器使与的毛刺抵消234-1.电磁兼容中滤波器的几个设计原则：1、结构简单2、合理选用无源滤波，或有源滤波3、电感、电容必须仔细选型、小心使用4、对于高频干扰，器件的分布参数影响很大课堂讨论：为什么尽量不采用有源器件设计课堂讨论：为什么尽量不采用有源器件设计EMCEMC滤波器滤波器有源器件本身对噪声相对比较敏感，因此并不适合用于EMC设计。有源器件本身热噪声一般比无源器件要严重。即是使用有源器件，也应对电信号进行必要的预处理。在大电流的场合，有源滤波实现成本非常高。课堂讨论：普通电感和电容用于课堂讨论：普通电感和电容用于EMIEMI有何限制？有何限制？线绕电感匝间的分布电容影响电感的高频特性如何减小绕线匝间电容和引线电感的影响？使用电感的注意事项使用电感的注意事项4绕线方式决定了分布电容的大小（分格式、蜂房式）4电感的Q值不宜过高，避免谐振增益过大带来更多的干扰。（品质因数：Q=0L/R）4注意电感的使用场合，避免饱和。磁环磁环铁氧体磁环（铁镁合金或铁镍合金）磁导率频率特性比普通的电感有更好的高频滤波特性铁氧体磁珠铁氧体磁珠磁环磁珠可以看成是一个电阻值随着频率增加而增加的电阻，当高频信号通过磁珠时，电磁能量以热的形式耗散掉。磁珠型号举例磁珠型号举例HH-1H3216-500HH适合用于电源滤波，HB适合用于信号线；1表示一个组件封装了一个磁珠，若为4则是并排封装四个的；组成物质：H、C、M为中频应用（50200MHz），T低频应用（50MHz），S高频应用（200MHz）；3216封装尺寸，长3.2mm，宽1.6mm，即1206封装；500阻抗（100MHz）。铁氧体磁环、磁珠的主要优点铁氧体磁环、磁珠的主要优点:4使用非常方便，直接套在需要滤波的电缆上即可。4不像其它滤波方式那样需要接地，因此对结构设计、线路板设计没有特殊的要求。4比电感具备更好的高频特性。电感与磁珠的区别电感与磁珠的区别4电感是储能元件，而磁珠是能量转换（消耗）器件4电感主要用于电源回路的滤波，而磁珠一般用于信号回路。4电感主要用于中低频、大电流的电路滤波，磁珠主要用于超高频、小信号的滤波。使用磁环磁珠的注意事项使用磁环磁珠的注意事项4铁氧体磁环磁珠的效果与电路阻抗有关：电路的阻抗越低，则铁氧体磁环磁珠的滤波效果越好。4根据要抑制干扰的频率不同，材料的产品手册中的数据选择不同铁氧体材料。磁环磁珠不易用在中低频电路。4磁环的内外径差越大，轴向越长，阻抗越大。在空间允许的情况下，尽量使用体积较大的磁环。4增加信号线上磁环磁珠的个数，可以增加低频的阻抗，但高频的阻抗会减小。这是因为寄生电容增加的缘故。4安装位置一般尽量靠近干扰源。对于屏蔽机箱上的电缆，磁环尽量靠近机箱电缆的进出口。4磁环磁珠在频率较低时，仍然是一个电感，滤波效果取决于电路的截止频率。4注意磁环磁珠的发热。使用磁环磁珠的注意事项使用磁环磁珠的注意事项电容的使用电容的使用4电容的等效电路4不同类型电容，特点不同，适用场合也不同4电容值不是越大越好电容的容值越大，谐振频率越低，电容能有效补偿电流的频率范围也越小。4同样容量的电容，并不是并联越多的小电容越好焊点阻抗、漏电阻4电容都有一定的耐压值，要合理选择电容的参数电容的参数4容量标称值：1、22、33、47、68、82直接标注：2.2、47n、100p乘方表示：前2位为容量，第3位为乘方数，单位为P104:10 x104p=0.1332:33x102p=3.3n4电压标称值：1、4、16、25、35、63、80直接标注：25V，400V组合标注：一个数字和一个字母组合。数字表示乘方数，字母表示数值，单位是V。字母ABCDEFGHJKZ耐压值1.01.251.62.02.53.154.05.06.38.09.0例如：1J代表6.3*10=63V2G代表4.0*100=400V3A代表1.0*1000=1000V电解电容电解电容铝电解电容CD4体积大、容量大4等效电感较大4适用于低频场合4有极性4对温度敏感钽电解电容CA4等效电感、等效电阻、对温度的敏感性好很多4耐压比较低纸介电容纸介电容CZ4容量体积比很小。4耐压较高4串联电阻小，感抗值较大。4适用于电容量不大、工作频率不高的场合，（低频滤波和旁路）。4使用时，应把外壳与参考地相连，以使其外壳能起到屏蔽的作用而减少电场耦合的影响。云母电容云母电容CY瓷片电容瓷片电容CC4容量体积比小。电容量在0.1以下。4串联电阻小，等效电感小，频率/容量/温度特性稳定。4它适用于电容量小、工作频率高（可达500MHz）的场合，用于高频滤波、旁路、去耦。4承受瞬态高压脉冲能力较弱。聚苯乙烯电容聚苯乙烯电容CBB4串联电阻小，等效电感值小。4容量在0.001-2.2。4电容量相对时间、温度、电压很稳定。4耐热性能较差。4它适用于要求频率稳定性高的场合，可用于高频滤波、旁路、去耦。高频（不能滤掉）短电容引线电感对策电容引线电感对策短引线电容、贴片电容三端电容，四端电容三端电容器的原理三端电容器的原理引线电感与电容一起构成了一个T形低通滤波器在引线上安装两个磁珠滤波效果更好符号三端电容普通电容30701GHz206040插入损耗三端电容三端电容插入损耗：传输系统的某处由于元件或器件的插入而发生的负载功率的损耗，它表示为该元件或器件插入前负载上所接收到的功率与插入后同一负载上所接收到的功率以分贝为单位的比值。PCB用分立滤波器用分立滤波器三端电容器的不足三端电容器的不足寄生电容造成输入端、输出端耦合接地电感造成旁路效果下降穿心电容穿心电容一周接地一周接地电感很小电感很小电容的引出线在轴线上,电容两端面是两个极,电感较小。4地电极围绕在介质周围而信号线穿过介质4电感值很小，高频性能极好4工作电流和工作电压很高4防止一些干扰进入屏蔽体内4使用时外壳必须保证良好接地外内L（电源线）螺母内电波暗室穿心电容穿心电容插入损耗频率1GHz普通电容理想电容穿心电容穿心电容穿心电容穿心电容、馈通滤波器穿心电容、馈通滤波器以穿心电容为基础的馈通滤波器广泛应用于高频滤波片状固态电容器阵列片状固态电容器阵列4数个三端电容的集成4各信号线之间的串扰很低4简化印制板板的设计、减少对印制板的占用面积，方便滤波器的安装电容选择电容选择选择要点：选择要点：电容要有很低的等效串联阻抗电容要有很低的等效串联阻抗选用绝缘电阻较大的电容选用绝缘电阻较大的电容额定电压、浪涌电压额定电压、浪涌电压温度特性温度特性工作频率与自谐振频率工作频率与自谐振频率高频场合要仔细考虑电容的频率特性高频场合要仔细考虑电容的频率特性对于频率较低的传导干扰，如何滤除？对于频率较低的传导干扰，如何滤除？要滤除低频传导干扰，有什么困难？要滤除低频传导干扰，有什么困难？如果采用滤波器，不可避免使用较大的电容和电感。如果采用滤波器，不可避免使用较大的电容和电感。有什么更好的方法？有什么更好的方法？采用数字方法，比如数字滤波、坏值剔除等。采用数字方法，比如数字滤波、坏值剔除等。如果传导干扰已经进入系统，怎么办？如果传导干扰已经进入系统，怎么办？可以考虑系统本身的抗扰性。可以考虑系统本身的抗扰性。数字化是一个不错的选择。数字化是一个不错的选择。为什么数字系统的抗扰性要强于模拟系统？为什么数字系统的抗扰性要强于模拟系统？提高系统抗扰性实例之一：采用数字信号提高系统抗扰性实例之一：采用数字信号数字电路门限电压是否越高越好数字电路门限电压是否越高越好功耗数字电路的功耗正比于电压的平方，正比于频率。工艺限制数字系统中常用电平值24V15V12V5V3.3V2.5V数字系统中是否频率越高越好数字系统中是否频率越高越好功耗干扰（发射干扰、易受干扰）提高系统抗扰性实例之二提高系统抗扰性实例之二问题的特征：有用信号很弱，干扰相对很强。怎么办？比较器“振铃”现象采用滞环比较器采用滞环比较器滞环比较器在控制系统中使用也非常多BANG-BANG控制小结小结1.传导干扰是通过电气连线传导进入系统的一种干扰，切断系统与外界的电气连线可以从根本上解决传导干扰的入侵。2.由于系统内部大量存在电气连线，传导干扰的存在非常普遍。3.大部分干扰在进入系统后都会演变成传导干扰。4.抑制传导的关键在于找出传导干扰与信号之间可以被利用的差异。5.分布参数的存在，使得EMC更加复杂和困难。6.如果传导干扰无法利用“一般”方法剔除，可以考虑数字化、运算处理等“先进”方法。2 2 公共阻抗干扰公共阻抗干扰Za、Zb、Zc的存在会对电路的工作产生什么影响？噪声电流在系统间的公共阻抗上产生噪声电压，并由此对系统的工作产生干扰。公共阻抗干扰举例公共阻抗干扰举例公共阻抗干扰和传导干扰很容易混淆：公共阻抗干扰很多（大多）最终以传导的方式进入系统。两者的区别更多在最终的成因上。公共阻抗干扰往往是相互的公共阻抗干扰的特点公共阻抗干扰的特点系统间存在公共阻抗，也就是有共同的电流通道。系统工作产生的噪声电流将流过系统间的公共阻抗。公共阻抗普遍存在，至少是所有的导线都存在分布电感和电阻。对于公共阻抗干扰，在电气连线中，分布电感的作用远大于电阻，因此大多数情况下，更关注高频公共阻抗干扰。公共阻抗干扰对于不同的系统有不同的影响。公共阻抗干扰的影响公共阻抗干扰的影响前级将小信号放大，后级实现功率放大。哪个方案更好？同样存在公共阻抗干扰，但如果以电源的负极作为电位的基准，左边方案中前级受到的干扰更严重，因为相对于后级，前级更容易受到干扰。虽然公共阻抗干扰往往是相互的，但影响却可能有很大的差异公共阻抗干扰的一种典型形式公共阻抗干扰的一种典型形式共地阻抗干扰广泛存在于各种接地环节（包括电源的供电系统和参考电位）为了抑制其影响，有多种接地方案接地的一种作用：作为参考电位接地结构简单，但公共阻抗干扰的影响最严重。接地结构复杂，但公共阻抗干扰的影响较小。复合式单点接地将线路或装备加以归类，而同时使用串联与并联法，可同时兼顾降低公共阻抗干扰影响和简化接地结构的优点。单点接地系统的特点单点接地系统的特点单点接地系统一般线路都比较长引线长会使电感量增大不适合高频，不适合有很快的上升下降沿的数字电路工程上一般要求单点接地系统的地线长度小于/20。频率很高，上升沿很陡的信号接地平面：要有一定的容量。接地母线：多股绕线（编织），Z很低，高频易通过（表面积截面积比较大的线）。小中大接地平面多点接地多点接地公共阻抗干扰的另一种典型形式公共阻抗干扰的另一种典型形式对于电源内部的反馈电路，如果负载较大、负载电流中的脉动较大，而线路又较长，这种设计有什么问题？干扰影响反馈采用独立的反馈信号通道，可以消除公共阻抗干扰的影响。如何精确测量电阻的阻值？如何精确测量电阻的阻值？对于一些应用，尽可能靠近电源是一个不错的选择。公共阻抗干扰的抑制措施公共阻抗干扰的抑制措施根据公共阻抗干扰的特点，常采取以下抑制措施：减小公共阻抗，也即是尽量减小连线的公共阻抗；避免噪声电流流过公共阻抗；尽可能减小敏感环节受干扰的程度；下面简单举例说明公共阻抗公共阻抗干扰抑制干扰抑制措施之一：措施之一：PCB设计设计8019680196电源线电源线信号线信号线分分清清连连线线性性质质，合合理理设设计计连连线线的的宽宽度和走向度和走向。电路板线条的典型阻抗电路板线条的典型阻抗PCB板上的电源网线可以大幅度减小公共阻抗干扰板上的电源网线可以大幅度减小公共阻抗干扰PCB板上的电源网线板上的电源网线地线采用覆铜设计地线采用覆铜设计印制电路板系统内的接地多层板印制电路板系统内的接地多层板信号信号1电源层电源层地线层地线层信号信号2低频高频在多层线路板中，专门用两层做电源和信号地线。信号线与地线之间的距离仅为线路板层间距离。而高频电路总是选择环路面积最小的路径流动。实际的高频电流总是在信号线正下方的地线面上流动，形成了最小的信号环路面积，从而减小了辐射。低频信号不一定走最小环路面积路径，但低频信号辐射较小。多层多层PCB板的设计原则板的设计原则电源平面应靠近接地平面，并且安排在接地平面之下。布线层应安排与整块接地平面相邻。多层PCB的典型布层安排：123456789102层S1,GS2,P4层S1GPS26层S1GS2S3PS4差6层S1S2GPS3S4一般6层S1GS2PGS3好8层S1S2GS3S4PS5S6差8层S1GS2S3GPS4S5一般8层S1GS2GPS3GS4好10层S1GS2S3GPS4S5GS6IO连接器连接器硬盘数据线的变化硬盘数据线的变化PCB布局布局4划分功能块，同一模块中的元件应采用就近集中4按信号走向对各个功能块排布高速、中速和低速数字电路共存大功率、中功率、小功率电路共存敏感电路远离易产生噪声的元件数字系统和模拟系统共存PCB地线环路的处理地线环路的处理把地线设计成环路会有什么潜在问题？对于数字电路那种布线方式合理？数字电路噪声门限较高，地线环流一般不会对电路的工作造成不良影响。工作时电流较大，公共阻抗的影响更大。对于模拟电路那种布线方式合理？地线环流影响更大电源电源电源去耦是电路设计中最常用的电磁兼容措施之一；特别是对于微机这样的高速电路，电源去耦非常必要；公共阻抗干扰抑制措施之一：电源去耦公共阻抗干扰抑制措施之一：电源去耦电源线电感电源线电感储储能能电电容容此环路的阻抗尽可能小从另一个角度看电源去耦从另一个角度看电源去耦尽量使电源线与地线的环尽量使电源线与地线的环路面积最小路面积最小集成电路内部包含多个部分，各部分都需要连接电源，采取集成电路内部包含多个部分，各部分都需要连接电源，采取多个电源引脚，可以减小电源部分公共阻抗的影响。多个电源引脚，可以减小电源部分公共阻抗的影响。共754个管脚，电源和地占到了240个。高速集成电路芯片有多个电源引脚。就近连接去耦电容是十分重要的，必要的情况下，有时不得不采取“极端”的做法。去耦电容就近与电源引脚连接。采用高频特性好的电容器。电解电容高频特性很差，因此常采用组合方案。电解电容抑制低频噪声电源跌落高频小容量电容抑制高频噪声提高电源去耦的效果之一提高电源去耦的效果之一提高电源去耦的效果之二提高电源去耦的效果之二电源电源地地铁氧体铁氧体注意铁氧体安装的位置注意铁氧体安装的位置接地线面接地线面细线细线粗线粗线用铁氧体增加用铁氧体增加电源端阻抗电源端阻抗用细线增加电用细线增加电源端阻抗源端阻抗课堂讨论：为什么很多模数混合系统都建议课堂讨论：为什么很多模数混合系统都建议将数字地与模拟地分开？将数字地与模拟地分开？为什么数字电路会产生噪声电流？为什么数字电路会产生噪声电流？数字信号自身的特点决定了数字电路是一个非常严重的干扰源，特别是高速数字电路。公共阻抗干扰小结公共阻抗干扰小结1.噪声电流流过系统之间的公共阻抗，就可能产生公共阻抗干扰。2.公共阻抗干扰与传导干扰，定义上各有侧重，不要混淆。3.由于电源引线就存在公共阻抗，因此公共阻抗干扰是普遍存在的。4.抑制公共阻抗干扰的关键有两点：减小公共阻抗、减小流过公共阻抗的噪声电流。5.公共阻抗干扰对于不同的系统可能有不同的影响。当源为低压大电流时，主要为磁场辐射。如电焊机等等磁场辐射（电感性耦合）：磁场辐射（电感性耦合）：3 3 电感耦合干扰电感耦合干扰系统间通过磁场传递的干扰，就是电感耦合干扰（磁场耦合干扰）电感耦合电感耦合V2M=0没有相互干扰根据电感耦合的定性公式，可以总结出以下特点：主要通过磁场传播，与系统间的互感有关。干扰磁场主要由干扰电流产生，与电流大小有关。与干扰电流的频率有关。电感耦合干扰的特点电感耦合干扰的特点根据电感耦合干扰的特点，可以总结出以下抑制措施：减小系统间的互感改变系统间的相对位置阻挡磁力线磁屏蔽降低系统阻抗减小干扰电压的影响电感耦合干扰的抑制电感耦合干扰的抑制减小系统之间的互感，抑制电感耦合干扰减小系统之间的互感，抑制电感耦合干扰减小系统间的互感，是抑制电感耦合干扰最直接的方法；具体的做法包括增大系统之间的距离，改变系统之间的相对位置等；在体积和范围没有太大限制的场合，不失是一个十分有效和简单的方法，并得到广泛采用；其应用范围和有效性有时会受到很大的限制，特别是在一些装置和电子产品中；H1磁场屏蔽主要是依赖高导磁材料所具有的低磁阻，对磁通起着分路的作用，使得屏蔽体内部的磁场大大减弱。磁场屏蔽通常是对直流或甚低频磁场的屏蔽，其效果比对电场屏蔽和电磁场屏蔽要差得多，因此磁场屏蔽是个棘手的问题。磁场屏蔽的关键是减少屏蔽体的磁阻：选用高导磁率的材料，如坡莫合金；增加屏蔽体的壁厚；磁磁场场屏屏蔽蔽笨重、昂贵涡流产生的磁场抵消了部分干扰磁场，从而保护了系统。为了提高利用涡流抑制高频磁场干扰的效果，有什么方法？1.提高屏蔽层的导电性；2.保证电流通路的完整；3.确保屏蔽层与磁场的相对位置；对付高频磁场干扰，还有更好的方法对付高频磁场干扰，还有更好的方法变压器利用涡流进行磁场屏蔽实例变压器利用涡流进行磁场屏蔽实例注意屏蔽层的包裹方式。它为什么要这样包裹？在高频开关电源中，利用涡流进行高频磁场屏蔽更加普遍；抑制低频电感耦合干扰的限制抑制低频电感耦合干扰的限制什么情况下利用涡流抑制电感耦合干扰效果更好？对于频率越高的电感耦合干扰，感应产生的涡流越大，抵消的磁场也越强，抑制效果越好。高频电感耦合干扰借助涡流效应，比较容易消除。但是，对于低频电感耦合干扰，如果还想利用涡流进行抑制，会有什么限制？对导体的导电率提出非常苛刻的要求，难以实现。抑制低频电感耦合干扰，磁屏蔽往往是唯一选择。从而不得不承受笨重、“愚蠢”的屏蔽体。低频磁场屏蔽产品低频磁场屏蔽产品磁屏蔽材料的频率特性磁屏蔽材料的频率特性151015坡莫合金坡莫合金 金属金属镍钢镍钢冷轧钢冷轧钢0.11101001000kHzr103没有一种材料可以满足从低频到高频范围磁屏蔽的需要。磁屏蔽设计实例磁屏蔽设计实例高导电材料高导磁材料高导电材料电磁兼容领域的“综合治理”发挥各自优势，综合对付干扰。磁场屏蔽的注意事项磁场屏蔽的注意事项4特殊场合可采用多层屏蔽。多层屏蔽的原理是先用导磁率较低，不易饱和的材料将磁场衰减到一定的程度，然后再用磁导率很高(通常容易发生饱和)的材料进行进一步衰减。因此低导磁率的材料应靠近干扰源。4完全的封闭体能够提供最理想的磁屏蔽效果。但在实践中，完全封闭并不现实。当使用平板时，应使平板体的长度和宽度大于干扰源到敏感源之间的距离。4屏蔽体的磁阻与屏蔽结构的尺寸有关，因此除了选用合适的材料以外，尽量缩短磁路的长度、增加截面积也能增加磁屏蔽效能。双绞线对外界磁场有一定的抑制作用。双绞线也可以抑制自身电流产生的干扰磁场。磁场屏蔽的效果与“绞距”有关。利用双绞线实现磁场屏蔽利用双绞线实现磁场屏蔽机柜内布线注意事项机柜内布线注意事项4减少引线电感及分布参数（引线选择、分槽、分捆）地线尽量减少信号与地线的环路面积产生噪声的元件尽量靠近负载，就近耦合从而避免干扰其他电路。靠近负载的逆变器减小敏感系统的阻抗减小敏感系统的阻抗对于同样大小的电感耦合干扰，系统的阻抗越小，干扰产生的影响也就越小。这和我们前面说过的什么概念是吻合的？电感耦合干扰进入系统之后，转变成了传导干扰。能不能找出这种方法的一个实例？示波器探头对空间中广泛存在的50Hz磁场耦合干扰非常敏感，但在进行正常的实际测量时，却影响不大。“电感耦合干扰电感耦合干扰”小结小结1.电感耦合干扰是由于系统间存在磁场耦合、其中一个系统产生的磁场通过磁场耦合进入另一个系统形成的。2.电感耦合干扰的特点有三个：与系统间互感有关、与（产生）磁场（的电流）大小有关、与电流的频率有关。3.分析和抑制电感耦合干扰直接从其三个特点下手。4.适当改变系统之间的相对位置，减小互感是首先需要考虑的措施，磁场屏蔽实现受到很多限制。5.利用涡流抑制电感耦合干扰的方法非常简单，但只对频率较高的干扰有效。6.低频电感耦合干扰是比较难以抑制和消除的。当源为高压小电流时，主要为电场辐射。典型的电场辐射源有哪些？火花塞，高压线，火花放电4 4 电容耦合干扰电容耦合干扰电场源特性电场源特性Un=?所谓“电容耦合干扰”，就是系统间通过电场耦合的干扰，因此也称为“电场耦合干扰”。C很小时，1U2=U1所以要尽量减小耦合电容根据电容耦合的定性公式，总结出以下特点：通过电场传播，与系统间分布电容有关。干扰电场主要由干扰电压产生，与电压大小有关。与干扰电压的频率有关。与系统的对地阻抗有关。电容耦合干扰的特点电容耦合干扰的特点电容耦合干扰的抑制电容耦合干扰的抑制根据电容耦合干扰的特点，可以总结出以下抑制措施：减小系统间的分布电容改变系统间的相对位置。阻挡电力线电场屏蔽（静电屏蔽）。降低系统的对地阻抗减小干扰电压的影响。减小系统间分布电容，抑制电容耦合干扰减小系统间分布电容，抑制电容耦合干扰减小系统间的分布电容，是抑制电容耦合干扰最直接的方法；最常用的做法包括增大系统之间的距离；在体积和范围没有太大限制的场合，不失是一个十分有效和简单的方法，并得到广泛采用；其应用范围和有效性有时会受到很大的限制，特别是在一些装置和电子产品中；电场屏蔽电场屏蔽所谓电场屏蔽，就是利用处于零电位的金属体，对电场进行“阻隔”屏蔽。电场屏蔽的特点电场屏蔽的特点1.电场屏蔽具有“双向”性，既能阻挡外部电场的进入，也能阻挡内部电场的外泄。2.屏蔽体要求良好接地（零电位点）。3.屏蔽体的厚度没有要求。4.要求屏蔽体有良好的导电性和完整性？为了保证屏蔽体的零电位，对付高频的电场耦合干扰，必须提高屏蔽体的导电性和完整性。电子设备中的电场屏蔽涂层通风口显示窗键盘指示灯电缆插座调节旋钮电源线缝隙在实际的产品装置中，电场屏蔽的完整性受到很大的限制。“电容耦合干扰电容耦合干扰”小结小结1.电容耦合干扰是由于一个系统产生的电场进入另一个系统形成的。2.特点有四个：与分布电容有关、与（产生）电场（的电压）大小有关、与（电场）电压的频率有关、与系统的对地阻抗有关。3.分析和抑制电容耦合干扰直接从其特点下手。4.适当改变系统之间的相对位置，减小分布电容是首先需要考虑的措施。5.电场屏蔽是抑制电容耦合干扰最常用和最有效的措施。6.电场屏蔽的效果取决于：屏蔽体的电位、导电性和完整性。5 5 电磁场（辐射、耦合）干扰电磁场（辐射、耦合）干扰在电感耦合和电容耦合干扰的讨论中，采用集总参数、利用等效电路来进行分析；进一步深入的分析应该采用电磁场的概念；电场、磁场的变化相互变化、转换，形成电磁波；电磁场耦合干扰与电感和电容耦合干扰的区别主要取决于与源之间的距离；近场和远场近场和远场电磁场的特性与源的特性、介质以及与源之间的距离有关；在源附近（近场），其特性主要取决于源。在远离源的地方（远场），其特性主要取决于介质。在近场，主要表现为磁场特性或电场特性，对应于电感耦合干扰和电容耦合干扰。在远场，则表现为电磁场耦合干扰。近场和远场的分解一般定义为（2），为波长。近场和远场的具体划分和波长或频率直接相关：低频噪声，主要表现为近场特性（电感或电容耦合干扰）；高频噪声，主要表现为远场特性（电磁场耦合干扰；1MHz噪声分界点48m；100kHz噪声分界点478m。）在电磁波传播的路径上，如果存在金属，就会在金属中感应出噪声，从而形成电磁场耦合干扰。波阻抗波阻抗E源-高压小电流高阻抗场E按衰减H按衰减Zw随R增加减小H源-低压大电流低阻抗场H按衰减E按衰减Zw随R增加增加电磁场耦合干扰的抑制电磁场耦合干扰的抑制电磁场屏蔽是对付电磁场耦合干扰最主要的方法。电梯中手机通信出现问题就是电磁场屏蔽的实例。利用金属材料，对电磁波进行屏蔽，是依靠金属材料对电磁波的反射和吸收实现的。屏蔽前的场强E1屏蔽后的场强E2对电磁波产生衰减的作用就是电磁屏蔽,电磁屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量:SE=20lg（E1/E2）dB电磁场屏蔽原理电磁场屏蔽原理H1/E1H0/E0电磁场屏蔽的机理d入射电磁波E0剩余电磁波E1E1=E0e-d/0.37E0A20lg(E0/E1)=20lg(ed/)dBd=时，A8.69dB的大小与什么有关？屏蔽的三个作用屏蔽的三个作用一、吸收作用：趋肤深度举例趋肤深度举例ur相对导磁率r相对导电率在f=150kHz时rurA（dB/mm）铜1151铝0.61140白铁皮0.151000650玻莫合金0.03-0.048000-150002500(未饱和)反射损耗反射损耗反射损耗与什么有关？反射损耗与什么有关？ZS=3.6810-7fr/r同一种材料的阻抗随频率变反射作用：与屏源距有关（D），波阻抗，电磁场源有关。Zs=屏蔽体阻抗，f=电磁波的频率（MHz）R20lgZW4Zs远场：377近场：取决于源的阻抗阻抗相差越大，则反射损耗越大。阻抗相差越大，则反射损耗越大。不同电磁波的反射损耗不同电磁波的反射损耗对低阻抗源（大电流小电压），磁场源：对高阻抗源，电场源：远场:R20lg3774ZsD=屏蔽体到源的距离（m）多次反射衰减多次反射衰减B=20lg(1-e-2d/)说明：说明：B为负值，其作用是减小屏蔽效能为负值，其作用是减小屏蔽效能 A15dB，可以忽略，可以忽略B:在A15dB，屏蔽体很薄时，需要考虑电磁波在屏蔽体内多次反射，会引起附加的电磁泄漏。综合屏蔽效能综合屏蔽效能 (0.5mm铝板铝板)150250平面波平面波00.1k1k10k100k1M10M高频时高频时电磁波种类电磁波种类的影响很小的影响很小电场波电场波 r=0.5 m磁场波磁场波 r=0.5 m屏蔽效能（dB）频率磁性材料加工后的影响磁性材料加工后的影响2040608010010 100 1k 10k跌落前跌落后冷轧硅钢片等要退火。（穿孔，剪切后）磁性材料充磁。1.在体内向前传播的过程中，被屏蔽材料所衰减。这种物理过程被称为吸收。2.吸收效果与屏蔽体的厚度有关，同时与屏蔽材料的特性有关。3.对电磁波的反射，不要求屏蔽材料必须有一定厚度，只要求交界面上的不连续；4.传到材料的另一表面时，会再次形成反射，部分电磁波重新返回屏蔽体内。这种反射在两个金属的交界面上可能有多次的反射。5.屏蔽体上的任何孔、洞和缝隙等，都将影响电磁场屏蔽的效果。电磁屏蔽原理总结电磁屏蔽原理总结电磁屏蔽原理总结电磁屏蔽原理总结波在传播中遇到不同的阻抗（介质）产生反，透，折射。衰减量：反射（R）透射（A）多次反射（B）衰耗衰耗增加屏蔽效果：SRAB(A15dB时才有B)电场屏蔽体：表面阻抗低，R为主，可薄磁场屏蔽体：表面阻抗与外部空间接近，A为主，可厚。高频磁场屏蔽体：类似电场屏蔽，A为主（涡流）（铝皮，铜）低频可用铁氧体，硅钢片，玻莫合金，白铁皮等屏蔽,注意材料、成本、结构、强度。RAB“电磁场耦合干扰电磁场耦合干扰”小结小结1.由电磁波直接传导，体现了电磁波的远场特性；2.主要对距离噪声源“较远”的设备起作用；3.电磁场屏蔽是对付电磁场耦合干扰最主要的武器；4.电磁场屏蔽依靠屏蔽材料对电磁波的反射和吸收实现；5.电磁场屏蔽的效果与屏蔽材料、厚度、完整性有关；电气设备防雷电气设备防雷雷击的形式4直击雷4雷电入侵（感应雷电）4雷电电磁脉冲（中心100KHZ，0-100MHZ连续频谱。8HZ舒曼共振）所谓舒曼共振：干扰绕地球一周需要125ms4天线遭受直接雷击或接收感应雷击；4电源供电线路、通信线路、数据线路在远端遭受直接或感应雷击，沿线路进入设备；4雷击发生在1000米范围内时（包括临近建筑物避雷针接闪或云中放电）产生电磁辐射进入设备；4建筑物、附近的避雷针遭受雷击或雷电直接击中附近树或地面时，由地线引入设备；配电柜被损坏主要防雷元器件主要防雷元器件4气体放电管(GDT)4金属氧化物压敏电阻(MOV)4瞬态抑制二极管(TVS)气体放电管气体放电管气体放电管气体放电管(GDT)GDT)4采用金属化陶瓷管与两个或两个以上电极封结成一个或多个放电间隙。4内部充入惰性气体，并在电极的有效电子发射表面涂有激活电子粉，低于1mm的极间距离可以保证放电管击穿电压的稳定性。4特点：放电电流大、漏流小、续流问题、放电电压高、响应慢。金属氧化物压敏电阻金属氧化物压敏电阻(MOV)特点：放电电压低、响应时间较快、放电电流较大，容易老化、漏流大、。材料：氧化锌瞬态抑制二极管瞬态抑制二极管TVS瞬态抑制二极管主要有两大效应，其中包括“雪崩”效应和“其纳”效应。特点：响应时间非常快，但放电电流小。集成化的防雷端子集成化的防雷端子风力发电机受雷击后通过滑环、机舱、外壁、接地在电源和控制回路上产生干扰电压2万安培的雷电在避雷万安培的雷电在避雷器上释放可使整机各处器上释放可使整机各处受到数千伏的脉冲干扰受到数千伏的脉冲干扰,有必要对一些重要的敏有必要对一些重要的敏感的中、小信号端口进感的中、小信号端口进行防雷保护行防雷保护机仓内许多机仓内许多“要害要害”处所使用小信号防雷端子处所使用小信号防雷端子小信号防雷端子同时也在塔下控制系统中与电源侧防雷器参小信号防雷端子同时也在塔下控制系统中与电源侧防雷器参与与“联防联防”搭接有效性及可靠搭接有效性及可靠性是整机可靠性的性是整机可靠性的基础基础接地端子、大电流接地端子、大电流通过的导流端子通过的导流端子,长长期经振动、腐蚀期经振动、腐蚀,当当接触不良时将产生接触不良时将产生因小而失大的隐性因小而失大的隐性固障或突发性巨大固障或突发性巨大损害。对每一个接损害。对每一个接地和大电流端子在地和大电流端子在工程上一定要充分工程上一定要充分予以重视予以重视