第六章智能电器监控器的电磁兼容性设计 (Electro Magnetic Compatibility, EMC)

第六章智能电器监控器的电磁兼容性设计 (Electro Magnetic Compatibility, EMC) 本章主要内容和要求： • 了解电磁兼容基本概念 • 介绍智能电器监控器电磁兼容的基本问题 • 提高抗干扰能力的软硬件措施 • 电磁兼容的试验方法课件主要改编：杨继深，电磁兼容培训胶片

为什么要掌握电磁兼容技术 因为： • 电子电路日益复杂，调试越来越难 • 电磁兼容标准强制实施 • 市场竞争日益激烈，开发周期越来越短

6.1 基本概念 • 电磁干扰现象 • 电磁兼容标准 • 电磁兼容试验设备

一、电磁干扰现象 数字脉冲电路数字视频设备开关电源 220AC

电磁干扰EMI 电磁敏感性EMS 电磁兼容性EMC包括： EMI：指能够产生电磁干扰的设备，在工作时不会使同一电磁环境中的其它设备不能正常工作。 EMS：指设备或在包围它的电磁环境中能够不因干扰而降低其工作性能。在智能电器电磁兼容性设计中主要集中在：降低其电磁敏感性，以提高抗干扰能力。

产生电磁干扰的条件 • 突然变化的电压或电流，即dV/dt 或 dI/dt 很大 • 辐射天线或传导导体 • 设计中，遇到电压、电流的突然变化，需要考虑潜在的电磁干扰问题

常见干扰源 无线通信雷电 NEMP(电磁脉冲) 脉冲电路 ESD （静电放电）直流电机、变频调速器感性负载通断

电磁干扰的传播方式有两种： ①辐射：电磁干扰的能量通过空间磁场、电场或电磁波的形式，使干扰源与受干扰体之间产生耦合。 ②传导：电磁干扰的能量通过电源线和信号电缆，以电压或电流的方式传播。（1）传导耦合 ①电阻性耦合 ②电容性耦合 ③电感性耦合（2）辐射耦合 ①天线耦合 ②场对导线的感应耦合

二、电磁兼容标准与试验 试验项目分析环境中的各种电磁干扰编成电磁兼容标准分析设备受电磁干扰的机理试验方法电磁兼容标准

1、电磁兼容标准的内容 电磁兼容标准干扰发射敏感度传导辐射传导辐射电源线/信号线电源线信号/控制线天线端口电场磁场电场磁场静电放电天线端口射频瞬态

电磁兼容标准体系 电磁兼容标准通用标准产品标准基础标准被引用到被引用到

标准编号的识别

电磁兼容试验的目的 了解设备在实际环境中的适应性试验方法遵守一定的规则试验方法比较随意，以容易通过为准则取得相关的认证证书

电磁兼容试验的原则之一 所连接的外围设备受试设备处于实际使用状态电缆的种类、布置、长度等接地状态软硬件的工作状态

电磁兼容试验的原则之二 敏感度试验时处于最敏感状态（例如：做电缆传导敏感度试验时，设备读取电缆上的数据）受试设备处于最坏状态发射试验时，处于最大发射状态（例如：测量打印机辐射发射时，打印处于打印状态）

电磁兼容试验的原则之三 采用最坏的数据测量辐射发射时，找最大辐射面天线极化方向改变，找最大值

2、典型电磁兼容试验项目 • 辐射发射（电场、磁场） • 辐射抗扰度（电场、磁场） • 传导发射（射频发射、电源谐波） • 传导抗扰度（射频、电快速脉冲、浪涌） • 静电放电（直接、感应）

电磁兼容试验场地 开阔场（民用标准）电磁发射试验屏蔽暗室(半无反射室) 可在普通环境中，但是注意对周围设备的影响敏感度或抗扰度试验：

（1）开阔场地要求 长轴 20 米短轴 17.32 米椭圆区内无金属物体金属地平面天线与受试件距离 10 米受试件放在0.8米高的木桌上不同的天线在1~4米高度内变化，找出各种极化方向下的最强辐射值

马达驱动高度扫描天线杆 EUT防雨棚转台和桌子天线金属网地面椭圆区内没有其它物体开阔场实景 equipmentunder test

（2）电磁兼容试验室的结构 主室带风扇的通风板辅助室2 辅助室1 屏蔽门刀口结构可拆卸的滤波板或观察窗电源滤波器射频测试仪器柜

电源滤波器 电缆接线板通风板通风板电磁屏蔽室

LISN 线路阻抗稳定网络(Lincolnshire Information Services Network)

LISN的电路

（3）辐射发射测试 屏蔽墙旋转找最大面 1 ~ 4m EUT 0.8m 测试仪 1、3、10、30 米

（4）抗扰度试验 (装置设备或系统面临电磁骚扰不降低运行性能的能力 )

（5）磁场敏感度试验

（6）浪涌（模拟雷电干扰）试验波形

浪涌试验内容

脉冲串间隔是300ms 双指数脉冲 15ms脉冲串 (5kHz) （7）电快速脉冲（EFT或FTB）试验波形

干扰注入方式 电源线注入脉冲输入受试件电源信号线注入耦合钳，或在电缆上绕金属箔，长度1米，产生大约100pf电容

连辅助设备与端接 容性卡钳距参考地 100mm,轮流卡每根电缆脉冲群信号源 EUT与发生器或卡钳之间的电源线或信号线长度小于1米 EUT与参考地平面之间的距离大于100mm 参考地平面的每个边要超出EUT100mm并与大地相连电快脉冲试验

（8）静电放电 ＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋放电电流 I

静电枪电原理路 放电端放电开关放电枪核心接地端

静电放电试验装置 垂直耦合板 500mm正方形，距EUT100mm EUT绝缘垫水平耦合板 >1.60.8m 直接对EUT放电垂直板间接放电水平板间接放电绝缘桌参考地板 > 1m2 边沿比耦合板外延 > 500mm 耦合板通过470k电阻接地对于落地设备，水平耦合板=垂直耦合板，EUT放在100mm厚的绝缘板上

（8）频谱分析仪 EMC分析更多是在频域中进行，并且不考虑相位因素。幅度分辨带宽扫描速率（时间）频率频率范围

3、电磁兼容的工程方法 1 测试修改法 2 系统设计法可采取的措施电路结构封装屏蔽滤波软件措施成本阶段概念设计产品市场

6.2 地线干扰与接地技术 • 为什么要地线 • 地环路问题与解决方法 • 公共阻抗耦合问题与解决方法 • 各种接地方法 • 电缆屏蔽层的接地

1、为什么要地线？ 安全地 0V 220V + + + + +

信号地 定义：信号电流流回信号源的低阻抗路径

地线引发干扰问题的原因 地线是等电位的假设不成立 V = I R 地线电压

导线的阻抗 Z = RAC + jL RAC= 0.076r f1/2 RDC 电流趋肤效应 I  0.37I 深度 r  = 1 / ( f r r)1/2 μr和σr分别为屏蔽材料的相对磁导率和相对电导率。

导线的阻抗

2、地线问题－地环路 I1 VN I2 地环路 IG VG

C1 C2 屏蔽层只能接2点！屏蔽 VG 2 1 解决方法-隔离变压器 CP RL VS VN VG

光隔离器 光耦器件 Cp 发送接收 VS RL VG 发送接收 RL VS VG

共模扼流圈 L R1 IS RL VS + VN IN1 M Vs R1 IN2 VG

共模扼流圈 共模扼流圈中的负载电流产生的磁场相互抵销，因此磁芯不会饱和。

电感磁芯的选用 铁粉磁芯：不易饱和、导磁率低，作差模扼流圈的磁芯锰锌：r = 500 ~ 10000，R = 0.1~100m 铁氧体：最常用镍锌：r = 10 ~ 100，R = 1k ~ 1Mm 超微晶：r > 10000，做大电感量共模扼流圈的磁心

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