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日志

【技术贴】电子工程师急需的电磁兼容的设计思路

已有 1912 次阅读2017-2-27 14:55 | 电磁兼容, 工程师, 电子, 技术

当你选择进入电子行业成为一名电子工程师的时候,你必然也清楚:电和磁是互相关联的。每一台电子设备都不可避免的存在电磁兼容问题。因此,为了使电子设备可靠运行,必须研究电磁兼容技术。近来,电磁兼容性已由事后处理发展到预先分析、预测和设计。电磁兼容已成为现代工程设计中的重要组成部分。电磁兼容性达标认证已由一个国家范围向全球地区发展,使电磁兼容性与安全性、环境适应性处于同等重要地位。本篇硕凯电子的小编整理了一份电子工程师急需的行业技术贴,详细分析电磁兼容的设计思路。

电磁兼容性是指电子设备在电磁环境中正常工作的能力。电磁干扰是对电子设备工作性能有害的电磁变化现象。电磁干扰不仅影响电子设备的正常工作,甚至造成电子设备中的某些元器件损害。因此,对电子设备的电磁兼容技术要给予充分的重视。既要注意电子设备不受周围电磁干扰而能正常工作,又要注意电子设备本身不对周围其它设备产生电磁干扰,影响其它设备正常运行。

  为了提高电子设备的电磁兼容能力,必须从开始设计时就给予电磁兼容性以足够的重视。电磁兼容的设计思路可以从电磁兼容的三要素,即电磁干扰源、电磁干扰可能传播的路径及易接收电磁干扰的电磁敏感电路和器件入手。也就是

  1)首先,要充分分析电子设备可能存在的电磁干扰源及其性质,尽量消除或降低电磁干扰源的参数。

  2)其次,要充分了解电磁干扰可能传播的路径,尽量切断其路径,或降低与电磁干扰耦合的能力。

  3)最后,要充分认识易接收电磁干扰的电磁敏感电路和器件,尽量杜绝其接收电磁干扰的可能性。

据此,在设计时应采取相应对策,消除或部分消除可能出现的电磁干扰,以减轻调试工作的压力。在调试中,针对具体出现的电磁干扰,以及接收电磁干扰的电路和元器件的表现进行分析,以确定电磁干扰源所在及电磁干扰可能传播的路径,再采取相应的解决办法。

电磁兼容的设计方法

电磁兼容设计要求在元器件级、部件级、设备级、系统级都达到互不干扰,正常工作。 元器件、部件级上的电磁干扰主要来自不同的元件之间的电磁耦合,电路设计的任务之一就是要消除元件和部件级上发生的电磁干扰影响。 

设备级,系统级所发生的电磁干扰与电子设备所处的电磁环境,各电子设备之间的相互影响,以及电子设备内部的元件和部件之间的电磁耦合有关。 

1  电磁兼容的分层设计原则 

这主要是按照电磁兼容设计的先后顺序来考虑的,从先到后可分为以下几层: (1) 元器件的选择和PCB设计,这是关键的; 

(2) 接地设计,这是主要的手段。以上两层如果设计的好,可完成电磁兼容的80%以上的工作。 

(3) 屏蔽设计; 

(4) 滤波设计和瞬态骚扰抑制。以上两层是辅助手段,多为事后补救措施,也是我们最不提倡的。 

(5) 可根据实际电路需要,结合以上几层来综合设计。 2  保证电磁兼容的方法 

主要根据构成干扰的三要素从下几方面来保证电磁兼容。 

2.1  在不同等级上保证电磁兼容 

1) 从元器件级上来说,当是无源元件时,考虑(1)工作频带以外的元件参数与工作频带上的有很大的区别;(2)插件元件的末端引线有电感存在,当高频时这个电感易发生电磁兼容问题;(3)元件有寄生电容,寄生电感,在电路上表现为分布参数,在分析电路时也要考虑由它带来的等效电路。当是有源元件时,工作中产生的电磁辐射也会以传导电流的方式成为干扰源,当是非线性元件时还可能发生频谱成分的变化,这种变化也会引起干扰。

    在这里小硕要重点申明的是,很多时候实用的无源元件并不是“理想”的,其特性与理想的特性是有差异的。实用的元件本身可能就是一个干扰源,因此正确选用无源元件非常重要。有时也可以利用元件具有的特性进行抑制和防止干扰。当然,最保险的方法还是根据EMC测试数据来确定最终的电路保护元器件型号。硕凯免费EMC实验室,专注电路过压过流浪涌防护测试,整改,力争为客户打造免费的一站式电磁兼容解决方案研发基地。硕凯电子免费电磁兼容性(EMC)测试项目现已全面启动,欢迎预约测试。

2) 从设备级上来说,主要是保证减少对敏感设备的耦合,可考虑(1)增加脉冲前沿时间以减少干扰的频宽;(2)消除电路中震荡器产生的谐波及信号的谐波;(3)限制干扰辐射或消除干扰的传播途径。 

3) 从系统级上来说,主要是靠组织或系统工程的方法来保证,因为有可能在单个设备上的电磁兼容得到了改善,但同时却影响了其它设备的工作条件,使得其它设备的性能指标变坏,此时需要从系统上折中考虑,另外,重要的一点是电磁兼容设计必须得到系统总体设计的高度重视。 

2.2  减小导线之间的耦合 

主要是从增大导线之间的距离,使用屏蔽,使用双绞线或使用屏蔽加双绞这几个方面来考虑。 

2.3  接地 

主要应考虑(1)接地导线及公共线的阻抗应最小,最好小于产品最高工作频率的λ/20以内;(2)接地导线应采用横截面为管形的接地线;(3)可靠接地,并防止连接点形成氧化层;(D)使用一点并联接地(低频用)或者多点接地(高频用) 

2.4  屏蔽 

当是低频磁场时,主要考虑磁屏蔽,当屏蔽层越厚,材料导电率越高,屏蔽效能越好;当是高频磁场、电场或电磁场时,主要考虑用薄金属屏蔽并良好接地。另一个值得注意的是

在线缆制作时,要求电缆屏蔽层和连接器插头的金属外壳要有360度的完整搭接,不能出现“猪尾巴”现象,否则效果大大打折扣。

2.5  滤波 

主要考虑(1)抑制工作频带以外的干扰;(2)在信号电路中用吸收滤波器消除无用的频谱成分;(3)在电源电路(尤其是开关电源中),操纵电路,控制电路,以及转换电路中消除产生的干扰。

 

为了使电子设备可靠地运行,必须深入研究电磁兼容技术。而为了电磁兼容设计的有效实现,自然也少不了进行EMC测试,毕竟实践是检验真理的唯一标准,而设备齐全、能够提供免费EMC电磁兼容性测试服务且力争为客户打造免费的一站式电磁兼容解决方案研发基地的硕凯免费EMC实验室也成为了电子工程师首选的测试合作方。

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