电磁兼容培训胶片实践电磁兼容技术.ppt

电磁兼容培训胶片实电磁兼容培训胶片实践电磁兼容技术践电磁兼容技术实践电磁兼容技术课程特点：课程特点：n注重物理概念和应用背景，避免空洞理论和复杂注重物理概念和应用背景，避免空洞理论和复杂公式公式n内容实用，立竿见影内容实用，立竿见影n培养解决电磁干扰的综合能力（基本理论、分析培养解决电磁干扰的综合能力（基本理论、分析方法、问题解决能力等）方法、问题解决能力等）杨继深 2002年4月课程发展过程 1996年，年，“电磁屏蔽技术电磁屏蔽技术”，半天半天课程，屏蔽技术课程，屏蔽技术 1997年，年，“如何满足如何满足GJB-151”，一天一天课程，屏蔽、滤波课程，屏蔽、滤波 1998年，年，“实践电磁技术实践电磁技术”，两天两天，屏蔽、滤波、接地、电缆，屏蔽、滤波、接地、电缆 1999年，年，“实践电磁技术实践电磁技术”两天两天，屏蔽、滤波、接地、电缆、，屏蔽、滤波、接地、电缆、线路板（减少了屏蔽内容）线路板（减少了屏蔽内容）2001年，年，“实践电磁技术实践电磁技术”两天两天，目前教材内容，目前教材内容 2002年，年，“实践电磁技术实践电磁技术”三天三天，增加试验和诊断内容，增加试验和诊断内容杨继深 2002年4月课程内容n电磁兼容要求（标准）与试验方法电磁兼容要求（标准）与试验方法n地线造成的干扰问题与解决方法地线造成的干扰问题与解决方法n电磁屏蔽与搭接电磁屏蔽与搭接n电磁干扰滤波技术电磁干扰滤波技术n线路板设计线路板设计n电缆设计电缆设计n瞬态抑制技术瞬态抑制技术n电磁干扰问题诊断电磁干扰问题诊断杨继深 2002年4月 通过学习本课程要达到：通过学习本课程要达到：对电磁兼容技术有全面的了解对电磁兼容技术有全面的了解掌握常见干扰问题的诊断和解决方法掌握常见干扰问题的诊断和解决方法（会自制（会自制简单的试验设备）简单的试验设备）掌握接地、滤波、屏蔽等关键技术掌握接地、滤波、屏蔽等关键技术 在产品电磁兼容设计方面有明确的思路在产品电磁兼容设计方面有明确的思路 使产品顺利通过电磁兼容试验使产品顺利通过电磁兼容试验 具备进一步学习的能力具备进一步学习的能力杨继深 2002年4月第一章 基本概念n电磁干扰现象电磁干扰现象n电磁兼容标准电磁兼容标准n电磁兼容试验设备电磁兼容试验设备n频域与时域频域与时域n分贝的概念分贝的概念杨继深 2002年4月电磁干扰现象开关电源数字脉冲电路数字视频设备220AC杨继深 2002年4月特殊的电磁兼容问题电磁信息发射干扰其它电子设备被别有用心的人接收，获取信息杨继深 2002年4月TEMPESTTEMPEST现象现象机密！机密！杨继深 2002年4月保密通信系统中的TEMPEST终端设备加密/解密发送/接收明文明文泄漏发射明文耦合进密文明文与密文一同发射杨继深 2002年4月产生电磁干扰的条件1.突然变化的电压或电流，即突然变化的电压或电流，即dV/dt 或或 dI/dt 很大很大2.辐射天线或传导导体辐射天线或传导导体设计中，遇到电压、电流的突然变化，需设计中，遇到电压、电流的突然变化，需要考虑潜在的电磁干扰问题要考虑潜在的电磁干扰问题杨继深 2002年4月常见干扰源雷电雷电NEMP脉冲电路脉冲电路ESD无线通信无线通信感性负载通断感性负载通断直流电机、变频调速器直流电机、变频调速器杨继深 2002年4月基本天线结构环天线环天线 偶极天线偶极天线 缝隙天线缝隙天线 V杨继深 2002年4月偶极天线的演变-+VV传输线传输线单极天线单极天线辐射很小辐射很小辐射同偶极辐射同偶极辐射高于单极辐射高于单极杨继深 2002年4月常见的等效天线机箱机箱接地线接地线PCBVG主板主板电缆电缆子板子板笔记本笔记本PCB电缆电缆没接地散热片没接地散热片杨继深 2002年4月电磁兼容标准分析环境中的各分析环境中的各种电磁干扰种电磁干扰分析设备受电磁分析设备受电磁干扰的机理干扰的机理编成电磁兼编成电磁兼容标准容标准保证各类电保证各类电子设备的正子设备的正常工作及良常工作及良好的电磁环好的电磁环境境杨继深 2002年4月电磁兼容标准的内容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/控制线天线端口 电 场 磁 场 电源线/信号线 射频 瞬态天线端口 电 场 磁 场 静 电放电 杨继深 2002年4月电磁兼容标准体系 基础标准基础标准 电磁兼容标准电磁兼容标准 通用标准通用标准 产品标准产品标准 被引用到被引用到被引用到被引用到杨继深 2002年4月标准编号的识别国家或组织国家或组织 制订单位制订单位 标标 准准 编编 号号 IEC CISPR CISPR Pub.IEC TC77 IEC 欧共体CENELEC EN 美国FCC，DOD FCC Part ,MIL-STD.日本 VCCI VCCI 中国质量技术监督局,国防部门GB -GJB -杨继深 2002年4月典型电磁兼容试验项目辐射发射（电场、磁场）辐射发射（电场、磁场）辐射抗扰度（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）传导发射（射频发射、电源谐波）传导抗扰度（射频、电快速脉冲、浪涌）传导抗扰度（射频、电快速脉冲、浪涌）静电放电（直接、感应）静电放电（直接、感应）杨继深 2002年4月电磁兼容试验场地电磁发射试验电磁发射试验敏感度或抗扰度试验：敏感度或抗扰度试验：开阔场（民用标准）开阔场（民用标准）屏蔽暗室屏蔽暗室(半无反射室半无反射室)可在普通环境中，但可在普通环境中，但是注意对周围设备的是注意对周围设备的影响影响杨继深 2002年4月辐射发射测试EUT旋转找最大面0.8m1 4m1、3、10、30 米屏蔽墙测试仪杨继深 2002年4月开阔场地要求长长 轴轴 20 米米椭圆区内无金属物体椭圆区内无金属物体 金金 属属 地地 平平 面面短短 轴轴 17.32 米米天线与受试件距离天线与受试件距离 10 米米不同的天线在不同的天线在14米高度内变化，找出各种极化方向下的最强辐射值米高度内变化，找出各种极化方向下的最强辐射值受试件放在受试件放在0.8米高的木桌上米高的木桌上杨继深 2002年4月开阔场实景杨继深 2002年4月开阔场实景马达驱动高度扫描天线杆天 线EUT防雨棚转转 台台 和和 桌桌 子子金属网地面椭 圆 区 内 没 有 其 它 物 体杨继深 2002年4月电磁屏蔽室电源滤波器通风板电缆接线板通风板杨继深 2002年4月电磁兼容试验室的结构带风扇的通风板 主室辅助室2辅助室1可拆卸的滤波板或观察窗射频测试仪器柜电源滤波器屏蔽门刀口结构杨继深 2002年4月半无反射室实景高度扫描天线杆高度扫描天线杆天线天线金属地板金属地板转台上的受试件转台上的受试件杨继深 2002年4月测量电磁干扰的天线杨继深 2002年4月 天线系数进行电压与场强之间的转换：进行电压与场强之间的转换：AF=E/VE=电场强度，单位电场强度，单位V/mV=天线端口的电压天线端口的电压表征了天线的在电压与场强之间的转换效率。不表征了天线的在电压与场强之间的转换效率。不要与表征天线方向性的参数：天线增益相混淆要与表征天线方向性的参数：天线增益相混淆杨继深 2002年4月抗扰度试验杨继深 2002年4月抗扰度的其它测试方法杨继深 2002年4月磁场发射测试杨继深 2002年4月磁场敏感度试验杨继深 2002年4月传导发射测试杨继深 2002年4月LISN或AMN杨继深 2002年4月LISN的电路射频输出射频输出 射频输出射频输出注注意意瞬瞬态态高高压压损损坏坏仪仪器器杨继深 2002年4月浪涌（模拟雷电干扰）试验波形杨继深 2002年4月浪涌试验装置信号电缆用的耦信号电缆用的耦合解耦网络合解耦网络接电网接电网接辅助设备接辅助设备EUT与发生器或耦合器之与发生器或耦合器之间的电缆小于间的电缆小于2米米保护地线要能够保护地线要能够承受浪涌电流承受浪涌电流杨继深 2002年4月浪涌试验内容杨继深 2002年4月 电快速脉冲（EFT或FTB）试验波形双指数脉冲双指数脉冲15ms脉冲串脉冲串(5kHz)脉冲串间隔是脉冲串间隔是300ms杨继深 2002年4月干扰注入方式电源电源脉冲输入脉冲输入受试件受试件电源线注入电源线注入信号线注入信号线注入耦合钳，或在电缆上绕金属箔，耦合钳，或在电缆上绕金属箔，长度长度1米，产生大约米，产生大约100pf电容电容杨继深 2002年4月电快脉冲试验容性卡钳距参考地100mm,轮流卡每根电缆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EUT与发生器或卡钳之间的电源线或信号线长度小于1米脉冲群信号源连辅助设备与端接杨继深 2002年4月静电放电放电电流放电电流 I杨继深 2002年4月静电枪电原理路人体模型电路人体模型电路接地端接地端放电端放电端放电开关放电开关放电枪核心放电枪核心杨继深 2002年4月静电放电试验装置水平耦合板水平耦合板1.6 0.8mEUT绝缘垫绝缘垫垂直耦合板垂直耦合板500mm正方形，距正方形，距EUT100mm直接对直接对EUT放电放电垂直板间接放电绝缘桌绝缘桌参考地板 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，水平耦合板对于落地设备，水平耦合板=垂直耦合板，垂直耦合板，EUT放在放在100mm厚的绝缘板上厚的绝缘板上水平板间接放电杨继深 2002年4月电源谐波交流输入交流输入 V输入电压输入电压 输入电流输入电流 1 3 5 7 9 11 13输入电流谐波输入电流谐波 V杨继深 2002年4月非线性电流杨继深 2002年4月谐波限制杨继深 2002年4月电源谐波测量杨继深 2002年4月谐波测量仪杨继深 2002年4月自制谐波测量仪杨继深 2002年4月分贝(dB)的概念分贝的定义：分贝数分贝的定义：分贝数 10lgP2P1P1、P2 是两个功率数值，对于电流或电压，定义如下：是两个功率数值，对于电流或电压，定义如下：电压增益的分贝数电压增益的分贝数 20lgV2V1电流增益的分贝数电流增益的分贝数 20lgI2I1杨继深 2002年4月用分贝表示的物理量电压：电压：用用1V、1mV、1 V 为参考（例如：为参考（例如：1 V=0dB V）则单位为：则单位为：dBV、dBmV、dB V 等，等，电流：电流：用用1A、1mA、1 A 为参考，则：为参考，则：dBA、dBmA、dB A场强：场强：用用1V/m、1 V/m 为参考，则：为参考，则：dBV/m、dB V/m 等，等，功率：功率：用用1W、1mW 为参考，则：为参考，则：dBW、dBm等，等，杨继深 2002年4月频域分析频域分析时域波形频谱分量付立叶级数(周期)付立叶变换(非周期)EMC分析更多是在频域中进行，并且不分析更多是在频域中进行，并且不考虑相位因素考虑相位因素。示波器观察频谱分析仪观察杨继深 2002年4月频谱分析仪幅度频率扫描速率（时间）分辨带宽频率范围杨继深 2002年4月脉冲信号的频谱T1/d1/trdtr 谐波幅度（电压或电流）频率（对数）-20dB/dec-40dB/decAV(or I)=2A(d+tr)/TV(or I)=0.64A/TfV(or I)=0.2A/Ttrf2杨继深 2002年4月电磁兼容的工程方法电磁兼容的工程方法 1 测试修改法测试修改法 2 系统设计法系统设计法可采取的措施 电路结构封装 屏蔽 滤波 软件成本成本措施措施 概念 设计 产品 市场阶段杨继深 2002年4月第二章 地线干扰与接地技术n为什么要地线n地环路问题与解决方法n公共阻抗耦合问题与解决方法n各种接地方法n电缆屏蔽层的接地 杨继深 2002年4月安全地220V0V+杨继深 2002年4月信号地定义：信号电流流回信号源的低阻抗路径定义：信号电流流回信号源的低阻抗路径杨继深 2002年4月地线引发干扰问题的原因V=I R地线电压地线电压地线是等地线是等电位的假电位的假设不成立设不成立电流走最小电流走最小阻抗路径阻抗路径我们并不知我们并不知道地电流的道地电流的确切路径确切路径地电流失地电流失去控制去控制杨继深 2002年4月地线电位示意图 2mV200mV2mV 10mV10mV 20mV20mV 100mV100mV 200mV杨继深 2002年4月导线的阻抗Z=RAC+jLL 1H/m =1/(f r r)1/2 RAC=0.076r f1/2 RDCr电流深度0.37II趋肤效应趋肤效应杨继深 2002年4月导线的阻抗杨继深 2002年4月金属条与导线的阻抗比较00.10.20.30.40.50.61 2 3 4 5 6 7 8 9 10S/W金属条阻抗/导线阻抗杨继深 2002年4月地线问题地环路IGVGVN地环路I1I2杨继深 2002年4月隔离变压器屏蔽层只能接2点！C2VG12C1屏蔽CPVGVSVNRL杨继深 2002年4月光隔离器发送发送接收接收RLRLVGVSVSVG光耦器件Cp杨继深 2002年4月共模扼流圈的作用VsR1R1RLLVGIN1IN2ISVS+VN=R1/LVN/VGRL/（RS+RL）Mf杨继深 2002年4月平衡电路对地环路干扰的抑制VGRS1VS1RS2RL2RL1VS2 IN1IN2ISVL杨继深 2002年4月地线问题公共阻抗耦合电路1电路2地电流1地电流2公共地阻抗V改进1改进2杨继深 2002年4月接地方式种类 信号接地方式 并联单点接地 串联单点接地 混合接地 多点接地 单点接地杨继深 2002年4月单点接地123123串联单点接地串联单点接地优点：简单优点：简单缺点：公共阻抗耦合缺点：公共阻抗耦合并联单点接地并联单点接地优点：无公共阻抗耦合优点：无公共阻抗耦合缺点：接地线过多缺点：接地线过多I1I2I3I1I2I3ABCABCR1R2R3杨继深 2002年4月串联单点、并联单点混合接地模拟电路模拟电路1模拟电路模拟电路2模拟电路模拟电路3数字逻辑控制电路数字逻辑控制电路数字信息处理电路数字信息处理电路继电器驱动电路继电器驱动电路马达驱动电路马达驱动电路杨继深 2002年4月线路板上的地线噪声噪声模拟模拟数字数字杨继深 2002年4月长地线的阻抗设备设备Z0=(L/C)1/2RRLLCCFP1=1/2(LC)1/2ZP=(L)2/RRAC RDC 串联谐振串联谐振并联谐振并联谐振杨继深 2002年4月多点接地R1R2R3L1L2L3电路1电路2电路3杨继深 2002年4月混合接地Vs地电流RsVs安全接地Rs安全接地地环路电流杨继深 2002年4月放大器屏蔽壳的接地C1SC3SC2SC1SC3SC2S等效电路等效电路杨继深 2002年4月接地位置不当造成的干扰 稳压电源 稳压电源 火灾报警器 火灾报警器杨继深 2002年4月第三章 电磁屏蔽技术 屏蔽材料的选择 实际屏蔽体的设计杨继深 2002年4月电磁屏蔽屏蔽前的场强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=20 lg(E1/E2)dB 杨继深 2002年4月实心材料屏蔽效能的计算入射波场强距离吸收损耗AR1R2SE R1 R2 AB R ABB杨继深 2002年4月波阻抗的概念波阻抗电场为主电场为主 E 1/r3 H 1/r2磁场为主磁场为主 H 1/r3 E 1/r2平面波平面波 E 1/r H 1/r377/2到观测点距离 rE/H杨继深 2002年4月吸收损耗的计算t入射电磁波E0剩余电磁波E1E1=E0e-t/A 20 lg(E0/E1)=20 lg(e t/)dB0.37E0 A 8.69(t/)dBA=3.34 t f rr dB杨继深 2002年4月趋肤深度举例杨继深 2002年4月反射损耗 R 20 lgZW4 Zs反射损耗与波阻抗有关，波阻抗越高，则反射损耗越反射损耗与波阻抗有关，波阻抗越高，则反射损耗越大。大。ZS=3.68 10-7 f r/r远场：377近场：取决于源的阻抗同一种材料的阻抗随频率变杨继深 2002年4月不同电磁波的反射损耗远场:R 20 lg3774 Zs4500Zs=屏蔽体阻抗，D=屏蔽体到源的距离（m）f=电磁波的频率（MHz）2 D fD f Zs Zs电场:R 20 lg磁场:R 20 lgdB杨继深 2002年4月影响反射损耗的因素150 0.1k 1k 10k 100k 1M 10M 100M平面波3 108/2rfR(dB)r=30 m 电场r=1 m靠近辐射源r=30 m磁场 r=1 m靠近辐射源杨继深 2002年4月综合屏蔽效能 (0.5mm铝板)150250平面波平面波00.1k 1k 10k 100k 1M 10M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）频率杨继深 2002年4月多次反射修正因子的计算电磁波在屏蔽体内多次反射，会引起附加的电磁泄漏，因此要对前面的计算进行修正。B=20 lg(1-e-2 t/)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 当趋肤深度与屏蔽体的厚度相当时，可以忽略当趋肤深度与屏蔽体的厚度相当时，可以忽略 对于电场波，可以忽略对于电场波，可以忽略杨继深 2002年4月怎样屏蔽低频磁场？低频磁场低频磁场吸收损耗小反射损耗小高导电材料高导磁材料高导电材料杨继深 2002年4月高导磁率材料的磁旁路效果H0H1H0RsR0H1R0RsSE=1+R0/RS杨继深 2002年4月低频磁场屏蔽产品杨继深 2002年4月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 0.01 0.1 1.0 10 100 kHzr 103杨继深 2002年4月磁导率随场强的变化磁通密度 B 磁场强度 H饱和起始磁导率最大磁导率=B/H杨继深 2002年4月强磁场的屏蔽高导磁率材料：饱和低导磁率材料：屏效不够低导磁率材料低导磁率材料高导磁率材料杨继深 2002年4月加工的影响2040608010010 100 1k 10k跌落前跌落后杨继深 2002年4月良好电磁屏蔽的关键因素屏蔽体屏蔽体导电连续导电连续没有穿过屏没有穿过屏蔽体的导体蔽体的导体屏蔽效能高的屏蔽体屏蔽效能高的屏蔽体不要忘记：不要忘记：选择适当的屏蔽材料你知道吗：与屏蔽体接地与否无关杨继深 2002年4月实际屏蔽体的问题通风口显示窗键盘指示灯电缆插座调节旋钮实际机箱上有许多泄漏源：不同部分结合处的缝隙通风口、显示窗、按键、指示灯、电缆线、电源线等电源线缝隙杨继深 2002年4月远场区孔洞的屏蔽效能LLSE=100 20lgL 20lg f+20lg（1+2.3lg(L/H)=0 dB 若 L /2H杨继深 2002年4月孔洞在近场区的屏蔽效能若若ZC （7.9/Df）：（说明是电场源）：（说明是电场源）SE=48+20lg ZC 20lg L f +20lg(1+2.3lg(L/H)若若ZC （7.9/Df）：（说明是磁场源）：（说明是磁场源）SE=20lg(D/L)+20lg(1+2.3lg(L/H)（注意：对于磁场源，屏效与频率无关！）（注意：对于磁场源，屏效与频率无关！）杨继深 2002年4月缝隙的泄漏低频起主要作用低频起主要作用高频起主要作用高频起主要作用杨继深 2002年4月缝隙的处理电磁密封衬垫缝隙杨继深 2002年4月电磁密封衬垫的种类 金属丝网衬垫(带橡胶芯的和空心的)导电橡胶(不同导电填充物的)指形簧片(不同表面涂覆层的)螺旋管衬垫(不锈钢的和镀锡铍铜的)导电布杨继深 2002年4月指形簧片杨继深 2002年4月螺旋管电磁密封衬垫杨继深 2002年4月电磁密封衬垫的主要参数 屏蔽效能(关系到总体屏蔽效能)回弹力（关系到盖板的刚度和螺钉间距）最小密封压力（关系到最小压缩量）最大形变量（关系到最大压缩量）压缩永久形变（关系到允许盖板开关次数）电化学相容性（关系到屏蔽效能的稳定性）杨继深 2002年4月电磁密封衬垫的安装方法绝缘漆环境密封杨继深 2002年4月截止波导管损耗频率fc截止频率频率高的电磁波能通过波导管，频率低的电磁波损耗很大！工作在截止区的波导管叫截止波导。截止区杨继深 2002年4月截止波导管的屏效截止波导管 屏蔽效能=反射损耗：远场区计算公式近场区计算公式+吸收损耗圆形截止波导：32 t/d矩形截止波导：27.2 t/l孔洞计算屏蔽效能公式杨继深 2002年4月截止波导管的损耗杨继深 2002年4月截止波导管的设计步骤孔洞的泄漏不能满足屏蔽要求SE 确定截止波导管的截面形状 确定要屏蔽的最高的频率 f 确定波导管的截止频率 fc 计算截止波导管的截面尺寸 由SE 确定截止波导管的长度 5f杨继深 2002年4月显示窗/器件的处理隔离舱滤波器屏蔽窗滤波器杨继深 2002年4月操作器件的处理屏蔽体上开小孔屏蔽体上栽上截止波导管用隔离舱将操作器件隔离出杨继深 2002年4月通风口的处理穿孔金属板截止波导通风板杨继深 2002年4月贯通导体的处理杨继深 2002年4月屏蔽电缆穿过屏蔽机箱的方法在内部可将电缆延伸在内部可将电缆延伸表面做导电清洁处理，保持表面做导电清洁处理，保持360度连接度连接注意防腐注意防腐屏蔽互套屏蔽互套屏蔽体边界屏蔽体边界屏蔽电缆屏蔽电缆与电缆套与电缆套360度搭接度搭接杨继深 2002年4月搭接 电子设备中，金属部件之间的低阻抗连接称为搭接。例如：电缆屏蔽层与机箱之间搭接屏蔽体上不同部分之间的搭接 滤波器与机箱之间的搭接 不同机箱之间的地线搭接杨继深 2002年4月搭接不良的滤波器滤波器接地阻抗预期干扰电流路径实际干扰电流路径杨继深 2002年4月搭接不良的机箱VI航天飞行器上的搭接阻抗要小于2.5m!杨继深 2002年4月搭接阻抗的测量机柜搭接阻抗频率寄生电容导线电感并联谐振点VIZ=V/I杨继深 2002年4月不同的搭接条杨继深 2002年4月频率不同搭接方式不同杨继深 2002年4月搭接面的腐蚀IIVIIIII杨继深 2002年4月搭接点的保护杨继深 2002年4月第四章 干扰滤波技术n 干扰滤波在EMC设计中作用n 差模干扰和共模干扰 n 常用滤波电路n 怎样制作有效的滤波器n 正确使用滤波器杨继深 2002年4月滤波器的作用信号滤波器电源滤波器切断干扰沿信号线或电源线传播的路径，与屏蔽共同构成完善的干扰防护。杨继深 2002年4月满足电源线干扰发射和抗扰度要求杨继深 2002年4月满足抗扰度及设备辐射发射要求信号线滤波器信号线滤波器干扰源干扰源杨继深 2002年4月共模和差模电流杨继深 2002年4月共模/差模干扰的产生VVICMICMICMIDM杨继深 2002年4月开关电源噪声1.50Hz的奇次谐波（的奇次谐波（1、3、5、7 ）2.开关频率的基频和谐波（开关频率的基频和谐波（1MHz以下差模为主，以下差模为主，1MHz以上共模为主）以上共模为主）杨继深 2002年4月干扰滤波器的种类衰减衰减衰减衰减低通带通高通带阻3dB截止频率杨继深 2002年4月低通滤波器类型CTL反杨继深 2002年4月电路与插入损耗的关系20406080100 fc 10fc 100fc 1000fc 5阶阶 4阶阶 3阶阶 2阶阶 1阶阶20N/十倍频程十倍频程6N/倍频程倍频程插插入入损损耗耗dB杨继深 2002年4月确定滤波器阶数50 100欲衰减欲衰减20dB4 6=24 20至少至少4阶滤波器阶滤波器10 1001 20=201阶滤波器就可以了阶滤波器就可以了为了保险，可用为了保险，可用2阶阶欲衰减欲衰减20dBL、C的数值决定截止频率的数值决定截止频率阶数决定过渡带的陡度阶数决定过渡带的陡度杨继深 2002年4月根据阻抗选用滤波电路 源阻抗源阻抗 电路结构电路结构 负载阻抗负载阻抗 高高 C、多级、多级 高高 高高 、多级、多级 低低 低低 反反、多级反、多级反 高高 低低 L、多级、多级L 低低 规律：电容对高阻，电感对低阻规律：电容对高阻，电感对低阻杨继深 2002年4月插入损耗的估算Fco=1/(2 Rp C)ZLZs、ZL并联并联CIL=20 lg(CRp)ILIL=20 lg(L/Rs)Fco=Rs/(2 L）Zs、ZL串联串联ZsLZsZL杨继深 2002年4月器件参数的确定LCRR L=R/2FC C=1/2RFC对于T形（多级T）和 形（多级）电路，最外边的电感或电容取 L/2 和 C/2，中间的不变。杨继深 2002年4月实际电容器的特性ZC实际电容理想电容f引线长1.6mm的陶瓷电容器 电容量 谐振频率(MHZ)1 F 1.7 0.1 F 4 0.01F 12.6 3300 pF 19.3 1100 pF 33 680 pF 42.5 330 pF 601/2 LCCL杨继深 2002年4月陶瓷电容谐振频率1nf1M100k1010.110k1k10010Hz 100 1k 10k 100k 1M 10M 100M 1G阻阻抗抗 100pf10nf100nf10f1f10mf100f1m10cm1cm1mm杨继深 2002年4月表面贴装电容的阻抗特性杨继深 2002年4月温度对陶瓷电容容量的影响0.15-0.150-551255-150-55125-10-5COGX7R-6020-3090-300Y5V30%C%C%C杨继深 2002年4月电压对陶瓷电容容量的影响COGX7RY5V200-20-40-60-800 20 40 60 80 100%额定电压（额定电压（Vdc）%C杨继深 2002年4月实际电感器的特性ZL理想电感实际电感f 电感量 （H）谐振频率 (MHZ)3.4 45 8.8 28 68 5.7 125 2.6 500 1.2 绕在铁粉芯上的电感1/2 LCLC杨继深 2002年4月电感寄生电容的来源每圈之间的电容每圈之间的电容 CTT导线与磁芯之间的电容导线与磁芯之间的电容CTC磁芯为导体时，磁芯为导体时，CTC为主要因素，为主要因素，磁芯为非导体时，磁芯为非导体时，CTT为主要因素。为主要因素。杨继深 2002年4月克服电容非理想性的方法衰减电容并联 LC并联 电感并联小电容大电容大电容并联电容频率大容量小容量杨继深 2002年4月三端电容器的原理引线电感与电容引线电感与电容一起构成了一个一起构成了一个T形低通滤波器形低通滤波器在引线上安装两在引线上安装两个磁珠滤波效果个磁珠滤波效果更好更好地线电感起地线电感起着不良作用着不良作用三端电容普通电容普通电容 30 70 1GHz206040杨继深 2002年4月三端电容的正确使用接地点要求：接地点要求：1 干净地干净地2 与机箱或其它较大与机箱或其它较大 的金属件的金属件射频搭接射频搭接杨继深 2002年4月三端电容器的不足寄生电容造成输入寄生电容造成输入端、输出端耦合端、输出端耦合接地电感造成旁接地电感造成旁路效果下降路效果下降杨继深 2002年4月穿心电容更胜一筹金属板隔离金属板隔离输入输出端输入输出端一周接地一周接地电感很小电感很小杨继深 2002年4月穿心电容的插入损耗插入损耗插入损耗频率频率1GHz普通电容普通电容理想电容理想电容穿心电容穿心电容杨继深 2002年4月穿心电容、馈通滤波器以穿心电容为基以穿心电容为基础的馈通滤波器础的馈通滤波器广泛应用于广泛应用于RF滤滤波波杨继深 2002年4月馈通滤波器使用注意事项 必须安装在金属板上，并在一周接地 最好焊接，螺纹安装时要使用带齿垫片 焊接时间不能过长 上紧螺纹时扭矩不能过大杨继深 2002年4月线路板上使用馈通滤波器线路板地线面线路板地线面上面上面底面底面杨继深 2002年4月磁芯对电感寄生电容的影响铁粉芯铁粉芯 C=4.28pf C=3.48pf 19%铁氧体（锰锌）铁氧体（锰锌）C=51pf C=49pf 4%杨继深 2002年4月减小电感寄生电容的方法然后：然后：1.起始端与终止端远离（夹角大于起始端与终止端远离（夹角大于40度）度）2.尽量单层绕制，并增加匝间距离尽量单层绕制，并增加匝间距离3.多层绕制时，多层绕制时，采用采用“渐进渐进”方式绕，不要来回绕方式绕，不要来回绕4.分组绕制分组绕制（要求高时，用大电感和小电感串联起（要求高时，用大电感和小电感串联起来使用）来使用）如果磁芯是导体，首先：如果磁芯是导体，首先：用介电常数低的材料增加绕组导体与磁芯之间的距离用介电常数低的材料增加绕组导体与磁芯之间的距离杨继深 2002年4月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。芯不会饱和。杨继深 2002年4月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铁粉磁芯：不易饱和、导磁率低，作差模扼流圈的磁芯铁氧体：最常用铁氧体：最常用锰锌：锰锌：r=500 10000，R=0.1100 m镍锌：镍锌：r=10 100，R=1k 1M m超微晶：超微晶：r 10000，做大电感量共模扼流圈的磁心，做大电感量共模扼流圈的磁心杨继深 2002年4月干扰抑制用铁氧体Z=jL+R RZLR(f)1MHz 10MHz 100MHz 1000MHz杨继深 2002年4月铁氧体磁环使用方面的一些问题1 10 100 100012545001250600300个30个0.1 1 10 100 1000匝1匝无偏置有偏置杨继深 2002年4月低通滤波器对脉冲信号的影响杨继深 2002年4月信号滤波器的安装位置板上滤波器板上滤波器无屏蔽的场合无屏蔽的场合滤波器靠近被滤波导线的靠近器件或线路板一端。有屏蔽的场合：在屏蔽界面上有屏蔽的场合：在屏蔽界面上杨继深 2002年4月板上滤波器的注意事项滤波器要并排安装滤波器要并排安装线路板的干净地与金属机线路板的干净地与金属机箱或大金属板紧密搭接箱或大金属板紧密搭接为滤波设置干净地为滤波设置干净地在接口处设置档板在接口处设置档板滤波器靠近接口滤波器靠近接口杨继深 2002年4月面板上滤波的简易（临时）方法容量适当的瓷片电容或独石电容，引线尽量短容量适当的瓷片电容或独石电容，引线尽量短杨继深 2002年4月电缆滤波的方法屏蔽盒屏蔽盒馈通滤波器馈通滤波器连接器连接器杨继深 2002年4月自制面板滤波器滤波电路可以按照需要设计，滤波电路可以按照需要设计，但是至少有一级馈通滤波器但是至少有一级馈通滤波器连接器按照需要选择，也可以是引线连接器按照需要选择，也可以是引线锡焊，保证完全隔离锡焊，保证完全隔离螺纹盲孔杨继深 2002年4月面板安装滤波器注意事项滤波器与面板之滤波器与面板之间必须使用电磁间必须使用电磁密封衬垫！密封衬垫！杨继深 2002年4月使用形滤波器的注意事项滤波器接地阻抗滤波器接地阻抗预期干扰电流路径预期干扰电流路径实际干扰电流路径实际干扰电流路径杨继深 2002年4月电源线滤波器的基本电路共模扼流圈共模扼流圈差模电容差模电容共模电容共模电容共模滤波电容受到漏电流的限制共模滤波电容受到漏电流的限制杨继深 2002年4月电源线滤波器的特性损耗频率频率理想滤波器特性理想滤波器特性实际滤波器特性实际滤波器特性一般产品说明书上给出的数据是50条件下的测试结果。30MHz越来越受到关注越来越受到关注杨继深 2002年4月高频滤波性能的重要性滤波器高频性能差滤波器高频性能好无滤波杨继深 2002年4月改善滤波器高频特性的方法或精心绕制或多个电感串联精心绕制或多个电感串联杨继深 2002年4月注意插入增益问题0-1050 /50 100 /0.1 或或 0.1 /100 频率频率插入损耗插入损耗杨继深 2002年4月选择滤波器的保险方法滤波器0.1100滤波器0.11000衰减50条件下的插入损耗0.1/100条件下的插入损耗插入损耗增益会暴露出来杨继深 2002年4月器件距离对高频性能的影响杨继深 2002年4月滤波器安装在线路板的问题机箱内干扰机箱内干扰电源线泄漏严重电源线泄漏严重杨继深 2002年4月线路板上滤波的改进方法机箱内干扰机箱内干扰被滤波器挡住被滤波器挡住被滤波器旁路掉被滤波器旁路掉面板滤波器面板滤波器电源线无泄漏电源线无泄漏杨继深 2002年4月电源线滤波器的错误安装PCB滤波器滤波器输入线过长输入、输出耦合PCB杨继深 2002年4月电源线滤波器的错误安装滤波器绝缘漆PCB滤波器通过细线接地，高频效果很差！接地线杨继深 2002年4月滤波器的正确安装滤波器PCB电源PCB滤波电路杨继深 2002年4月这样试一试机箱外机箱外机箱内机箱内屏蔽箱屏蔽箱杨继深 2002年4月还要注意的一个小问题杨继深 2002年4月第五部分瞬态脉冲干扰的抑制杨继深 2002年4月瞬态干扰对设备的威胁电快速脉冲浪涌静电放电静电放电电源端口信号端口浪涌电快速脉冲静电放电杨继深 2002年4月感性负载断开时产生的干扰20 200 VdctVLI0VdcVLt电源回路中的电流（电压）C对应的对应的EMC实验：实验：EFT特点：脉冲串特点：脉冲串杨继深 2002年4月两种触点击穿导通机理气隙上的电压击穿电压击穿电压维持电压320V0.08mm 接触点距离 阳极(+)阴极()电子流辉光放电辉光放电 气体电离气体电离弧光放电弧光放电 金属气化金属气化杨继深 2002年4月浪涌产生的原因一般小于一般小于75kA最大可达最大可达300kAI导体周围产导体周围产生强磁场生强磁场对应对应EMC实验：浪涌实验：浪涌特点：能量大特点：能量大杨继深 2002年4月静电放电现象放电电流放电电流 I1ns100nsIt对应对应EMC实验：实验：ESD特点：频率范围宽特点：频率范围宽杨继深 2002年4月瞬态干扰的频谱A0.5A 2A 1/1/tr时间时间频率频率瞬态类型瞬态类型 tr 1/1/tr A 2A EFT 5ns 50ns 6.4MHz 64MHz 4kV 0.4V/MHzESD 1ns 30ns 10MHz 320MHz 30A 1.8 A/MHz浪涌浪涌 1.2 s 50 s 6.3kHz 265kHz 4kV 0.4V/MHz杨继深 2002年4月消除感性负载干扰RRCLLLRL杨继深 2002年4月阻尼电路参数确定R:越大，开关闭合越大，开关闭合时限流作用越好时限流作用越好越小，开关断开越小，开关断开时反充电压越小时反充电压越小V/Ia R RL折衷折衷C:由于没有弧光，由于没有弧光，L中的能量全部进入中的能量全部进入C，VC=I(L/C)1/2为了防止发生辉光，为了防止发生辉光，VC (I/300)2 L为了防止发生弧光，电容充电速率要小于为了防止发生弧光，电容充电速率要小于1V/s，C 10-6 I杨继深 2002年4月过零开关消除干扰电感电电感电流取样流取样VDC继电器+-电压比较器电压比较器杨继深 2002年4月瞬态干扰抑制原理分压法：分压法：正温度系数电阻正温度系数电阻电电 阻阻电电 感感电电 容容分流法：分流法：负温度系数电阻负温度系数电阻（压敏电阻）（压敏电阻）瞬态抑制二极管瞬态抑制二极管气体放电管气体放电管低通滤波器：截止频率小于低通滤波器：截止频率小于1/杨继深 2002年4月低通滤波器对瞬态干扰的作用fILf+fCOfCOAf输入脉冲频谱输入脉冲频谱滤波器特性滤波器特性输出脉冲频谱输出脉冲频谱2A 2A 杨继深 2002年4月Fco 1/VOUT=VP(f)f1=2VIN /=2VIN/输出脉冲的幅度略有降低输出脉冲的幅度略有降低fcoVINVOUT 杨继深 2002年4月Fco 1/Parseval 定律：时域中的能量等于频域中的能量：定律：时域中的能量等于频域中的能量：00V2(f)df =V2(t)dt fco00(2VIN)2df =V 2OUT dt out=1/fco(2VIN)2 fco =V 2OUT /fco V/V OUT =2 fco fco out杨继深 2002年4月低通滤波器对瞬态干扰的抑制VOUT/VIN-10-20-30-40 fCO1/2 0.10.010.0010杨继深 200