电磁干扰与防护PPT讲稿.ppt

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1、电磁干扰与防护第1页，共42页，编辑于2022年，星期日1.1 电磁兼容概述电磁兼容概述以半导体工业为基础和支柱的微电子技术迅以半导体工业为基础和支柱的微电子技术迅速发展；速发展；电磁波既有益于社会的发展，又是潜在的环电磁波既有益于社会的发展，又是潜在的环境污染源境污染源联合国确定联合国确定电磁环境污染电磁环境污染成为继空气、水质、成为继空气、水质、噪声等污染之后的噪声等污染之后的第四大环境污染第四大环境污染。第2页，共42页，编辑于2022年，星期日第3页，共42页，编辑于2022年，星期日 喷气式民航飞机每喷气式民航飞机每50001000小时的小时的飞行平均遭一次雷击飞行平均遭一次雷击19

2、92年年9月月16日深圳国际机场因感应日深圳国际机场因感应雷电过电压导致雷电过电压导致25套通讯、雷达、导套通讯、雷达、导航设备中有航设备中有5套损坏，使机场停业套损坏，使机场停业1996年白云机场由于雷电导致指挥系统年白云机场由于雷电导致指挥系统故障故障1961年，意大利发生了年，意大利发生了“丘比特丘比特”导导弹武器系统的雷击事故弹武器系统的雷击事故1969年年11月美国土星月美国土星“V阿波罗阿波罗12”载人飞船在起飞后出现雷击事故载人飞船在起飞后出现雷击事故对航空、电子设备的危害对航空、电子设备的危害第4页，共42页，编辑于2022年，星期日电子战，在电子战，在1990年的海湾战争期间

3、，美军采用电子干年的海湾战争期间，美军采用电子干扰扰 战术来干扰伊拉克的武器系统，使之不能正常工作；战术来干扰伊拉克的武器系统，使之不能正常工作；信息电磁安全与泄漏信息电磁安全与泄漏对战争的影响对战争的影响第5页，共42页，编辑于2022年，星期日（1）高压击穿）高压击穿（2）器件烧毁或瞬变干扰；）器件烧毁或瞬变干扰；（3）电涌击穿。）电涌击穿。对电子元器件的损坏对电子元器件的损坏第6页，共42页，编辑于2022年，星期日高频辐射大于一定限值时，会使人高频辐射大于一定限值时，会使人产生失眠、嗜睡等植物神经功能紊产生失眠、嗜睡等植物神经功能紊乱，以及脱发、白血球下降、视力乱，以及脱发、白血球下降

4、、视力模糊、晶状体混浊、心电图改变等模糊、晶状体混浊、心电图改变等症状受损有关联。症状受损有关联。中华人民共和国环境电磁波卫生标准规定：中华人民共和国环境电磁波卫生标准规定：一级标准（小于一级标准（小于10伏米），二级标准（小于伏米），二级标准（小于25伏米）为中间伏米）为中间区，区，超过二级标准地区，对人体可带来有害影响；超过二级标准地区，对人体可带来有害影响；对人类健康的影响对人类健康的影响第7页，共42页，编辑于2022年，星期日o1881年英国科学家希维赛德发表了年英国科学家希维赛德发表了“论干扰论干扰”的文章，标的文章，标志着研究干扰问题的开端。志着研究干扰问题的开端。o1888年德

5、国物理学家赫兹首创了天线，第一次把电磁年德国物理学家赫兹首创了天线，第一次把电磁波辐射到自由空间，同时又成功地接收到电磁波，用实波辐射到自由空间，同时又成功地接收到电磁波，用实验证实了电磁波的存在，从此开始了对电磁干扰问题的验证实了电磁波的存在，从此开始了对电磁干扰问题的实验研究。实验研究。o1889年英国邮电部门研究了通信中的干扰问题，使干年英国邮电部门研究了通信中的干扰问题，使干扰问题研究开始走向工业化和产业化。扰问题研究开始走向工业化和产业化。EMC的发展的发展第8页，共42页，编辑于2022年，星期日o二十世纪以来，随着通信、广播等无线电事业的发展，使人二十世纪以来，随着通信、广播等无

6、线电事业的发展，使人们逐渐认识到需要对各种电磁干扰进行控制。们逐渐认识到需要对各种电磁干扰进行控制。o1944年德国电气工程师协会制订了世界上第一个电磁兼容性规年德国电气工程师协会制订了世界上第一个电磁兼容性规范范VDE0878。o1945年美国颁布了美国最早的军用规范年美国颁布了美国最早的军用规范JAN-I-225。第9页，共42页，编辑于2022年，星期日成立了国家级以及国际间的组织对电磁干扰问题进行世界性有组织的成立了国家级以及国际间的组织对电磁干扰问题进行世界性有组织的研究。如：研究。如：国际电工委员会（国际电工委员会（IEC）电气设备（含网络）间的电磁兼容委员会（电气设备（含网络）间

7、的电磁兼容委员会（TC-77）国际无线电干扰特别委员会（国际无线电干扰特别委员会（CISPR）国际电报电话咨询委员会（国际电报电话咨询委员会（CCITT）电气电子工程师学会电磁兼容专业委员会（电气电子工程师学会电磁兼容专业委员会（IEEE-EMC）第10页，共42页，编辑于2022年，星期日u电磁骚扰电磁骚扰(Electromagnetic Disturbance)电磁噪声电磁噪声(Electromagnetic Noise)任何任何可能可能引起设备或系统性能下降，或对生命或无生命物质产生损引起设备或系统性能下降，或对生命或无生命物质产生损害的电磁害的电磁现象现象，强调，强调任何可能的电磁危害

8、任何可能的电磁危害现象现象u电磁干扰电磁干扰(Electromagnetic Interference-EMI)电磁噪声（骚扰）所引起的设备、传输通路或系统性能的下降强调电电磁噪声（骚扰）所引起的设备、传输通路或系统性能的下降强调电磁危害现象产生的磁危害现象产生的结果结果。分为。分为系统间干扰系统间干扰和和系统内干扰系统内干扰1.2 1.2 电磁兼容概念电磁兼容概念第11页，共42页，编辑于2022年，星期日GJB72-85：设备（系统、分系统）在共同的电磁环境中能一起执行各自功能设备（系统、分系统）在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态，即设备不会由于受到处于同一电磁环境中其他设备的

9、共存状态，即设备不会由于受到处于同一电磁环境中其他设备的电磁发射导致或遭受不允许的降级；也不会使同一电磁环境中的电磁发射导致或遭受不允许的降级；也不会使同一电磁环境中其他设备（系统、分系统）因受其电磁发射而导致或遭受不允许其他设备（系统、分系统）因受其电磁发射而导致或遭受不允许的降级。的降级。电磁兼容性（电磁兼容性（EMC）的确切定义：）的确切定义：第12页，共42页，编辑于2022年，星期日自自然然环环境境因因素素一一般般电电磁磁环环境境构构成成因因素素人人为为环环境境因因素素 雷电电磁辐射源雷电电磁辐射源。静电电磁辐射源。静电电磁辐射源。太阳系和星际电磁辐射源。太阳系和星际电磁辐射源。地球

10、和大气层电磁场等。地球和大气层电磁场等。各各种种电电磁磁发发射射系系统统：电电视视、广广播播发发射射台台，无无线线电电台台、站站，导导航航系系统统，通通信信系系统统，差差转转台台，干干扰扰台台，微微波波接接力站等。力站等。工工频频电电磁磁辐辐射射系系统统：高高电电压压送送、变变电电系系统统，大大电电流流工工频设备，轻轨和干线电气化铁道等。频设备，轻轨和干线电气化铁道等。工工业业、科科学学、医医疗疗、商商业业领领域域应应用用的的有有电电磁磁辐辐射射的的各各种设备或系统种设备或系统。以电火花点燃内燃机为动力的交通工具和机器设备。以电火花点燃内燃机为动力的交通工具和机器设备。各种家用电器、现代化办公

11、设备、电动工具等各种家用电器、现代化办公设备、电动工具等。用用于于军军事事目目的的的的强强电电磁磁脉脉冲冲源源：核核电电磁磁脉脉冲冲及及非非核核电电磁磁脉脉冲冲源源如如电电磁磁脉脉冲冲武武器器、高高功功率率微微波波弹弹和和各各种种电电子子对抗辐射源等对抗辐射源等第13页，共42页，编辑于2022年，星期日电磁兼容学科的研究内容电磁兼容学科的研究内容 u骚扰源的研究骚扰源的研究u骚扰的传输途径研究骚扰的传输途径研究u敏感设备抗干扰能力的研究敏感设备抗干扰能力的研究u电磁兼容性控制技术电磁兼容性控制技术u电磁兼容性测量的研究电磁兼容性测量的研究u电磁兼容标准电磁兼容标准、分析和预测研究、分析和预测

12、研究第14页，共42页，编辑于2022年，星期日EMC的学科特点的学科特点理论体系以电磁场理论体系以电磁场/电路原理为基础电路原理为基础一门新兴的综合性的交叉学科一门新兴的综合性的交叉学科计量单位的特殊性计量单位的特殊性大量引用无线电技术的概念和术语大量引用无线电技术的概念和术语极强的实用性极强的实用性极强地依赖于测量极强地依赖于测量第15页，共42页，编辑于2022年，星期日EMC的研究方法的研究方法问题解决法问题解决法规范法规范法系统法系统法 第16页，共42页，编辑于2022年，星期日EMIEMI的预测和分析的预测和分析EMCEMC设计的有效性设计的有效性EMIEMI的控制技术的控制技术

13、 系统间电磁干扰的控制技术系统间电磁干扰的控制技术 系统内电磁干扰的控制技术系统内电磁干扰的控制技术EMCEMC的仪器与测量技术的仪器与测量技术 元器件性能测试元器件性能测试 设计及研制测试设计及研制测试 现场运行测试现场运行测试 电磁环境现场调研电磁环境现场调研 系统级电磁兼容性检验与质量认证性能测试系统级电磁兼容性检验与质量认证性能测试第17页，共42页，编辑于2022年，星期日第18页，共42页，编辑于2022年，星期日系统内系统内EMI控制控制第19页，共42页，编辑于2022年，星期日在对电路进行分析时，往往在一定条件下，对实际器在对电路进行分析时，往往在一定条件下，对实际器件加以理

14、想化，略去其次要性质，用一个足以表征实件加以理想化，略去其次要性质，用一个足以表征实际器件主要性质的理想元件来表示。即先用理想元件际器件主要性质的理想元件来表示。即先用理想元件建立在一定条件下反映实际电路基本特性的模型，使建立在一定条件下反映实际电路基本特性的模型，使问题得到合理的简化，然后对该电路模型进行定量分问题得到合理的简化，然后对该电路模型进行定量分析。理想元件就是可精确定义并能表征实际器件的主析。理想元件就是可精确定义并能表征实际器件的主要电磁性质的一种理想化元件。要电磁性质的一种理想化元件。1.3 元件的非理想行为元件的非理想行为第20页，共42页，编辑于2022年，星期日电尺寸和

15、波电尺寸和波当电路的最大尺寸小于波长的当电路的最大尺寸小于波长的1/10时，认为电路是电小尺寸，时，认为电路是电小尺寸，此时，适合利用集总参数电路模型和基尔霍夫定律来代替麦克斯此时，适合利用集总参数电路模型和基尔霍夫定律来代替麦克斯韦方程。韦方程。第21页，共42页，编辑于2022年，星期日半径为半径为rw的圆形导线的直流电阻的圆形导线的直流电阻1.3.1 导线的电阻和内电感导线的电阻和内电感集肤深度集肤深度第22页，共42页，编辑于2022年，星期日高频电阻高频电阻单位长度的直流电阻单位长度的直流电阻第23页，共42页，编辑于2022年，星期日单位长度内电感单位长度内电感高频时单位长度内电感

16、高频时单位长度内电感第24页，共42页，编辑于2022年，星期日1.3.2 平行导线的外部电感和电容平行导线的外部电感和电容外电感外电感总环路电感总环路电感单位长度电容单位长度电容第25页，共42页，编辑于2022年，星期日平行导线的平行导线的集总参数等集总参数等效电路效电路第26页，共42页，编辑于2022年，星期日第27页，共42页，编辑于2022年，星期日第28页，共42页，编辑于2022年，星期日1.3.3 元件引线的影响元件引线的影响第29页，共42页，编辑于2022年，星期日1.3.4 电阻电阻复合型碳纤维电阻：复合型碳纤维电阻：电感最小，精度稍差；电感最小，精度稍差；线绕型电阻：

17、线绕型电阻：电感最电感最大，精度最高；大，精度最高；薄膜型电阻：薄膜型电阻：阻值比阻值比复合碳纤维型的更为精复合碳纤维型的更为精密，电感小于线绕型的。密，电感小于线绕型的。第30页，共42页，编辑于2022年，星期日第31页，共42页，编辑于2022年，星期日1.3.5 电容电容典型的电容类型：典型的电容类型：陶瓷电容：陶瓷电容：5pF1F，高频特性好；，高频特性好；钽电解电容：钽电解电容：1F1000F，第32页，共42页，编辑于2022年，星期日自谐振频率自谐振频率第33页，共42页，编辑于2022年，星期日对于噪声电流的转移，并联电容最好工作在高阻抗电路中。对于噪声电流的转移，并联电容最

18、好工作在高阻抗电路中。第34页，共42页，编辑于2022年，星期日克服电容克服电容非非理想性的方法理想性的方法 大大容容量量 频率频率衰减衰减小电容大电容大电容并联电容小容量小容量简单的方案：大小电容并联，大电容抑制低频干扰、小电容简单的方案：大小电容并联，大电容抑制低频干扰、小电容抑制高频。抑制高频。第35页，共42页，编辑于2022年，星期日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引线电感与电容一起构成了一个T形形低通滤波器低通滤波器在引线上安装两个磁珠滤波效果在引线上安装两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 7

19、02060401GHz衰减谐振频率后移谐振频率后移第36页，共42页，编辑于2022年，星期日1.3.6 电感电感第37页，共42页，编辑于2022年，星期日磁芯磁芯/绕线方式对寄生电容的影响绕线方式对寄生电容的影响铁粉芯铁粉芯(非导电）非导电）C=4.28pf C=3.48pf 19%铁氧体（锰锌）铁氧体（锰锌）C=51pf C=49pf 4%第38页，共42页，编辑于2022年，星期日电感磁芯的选用电感磁芯的选用 锰锌：锰锌：r=500 10000，R=0.1100 m铁粉磁芯：不易饱和、铁粉磁芯：不易饱和、导磁率低导磁率低，作差模扼流圈的磁芯，作差模扼流圈的磁芯铁氧体：最常用铁氧体：最常

20、用镍锌：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v 空心线圈的电感量很小，使用导磁率较高的材空心线圈的电感量很小，使用导磁率较高的材料作磁芯可大大地增加电感量。料作磁芯可大大地增加电感量。第39页，共42页，编辑于2022年，星期日1.3.7 1.3.7 铁氧体磁珠铁氧体磁珠v 铁氧体基本上都是不导电的陶瓷材料，因此在高达几百兆赫兹频率时铁氧体基本上都是不导电的陶瓷材料，因此在高达几百兆赫兹频率时涡流损耗很低。涡流损耗很低。v铁氧体材料围绕导线形成，类似于一个普通电阻，串联地插入导铁氧体材料围绕导线形成，类

21、似于一个普通电阻，串联地插入导线中，提供一个高频阻抗。线中，提供一个高频阻抗。第40页，共42页，编辑于2022年，星期日铁氧体滤波机理铁氧体滤波机理 Z(f）Z(f)RZLq在在低低频频，磁磁芯芯的的磁磁导导率率较较高高，磁磁芯芯的的损损耗耗较较小小，整整个个器器件件是是一一个个低低损损耗耗、高高Q特性的电感。特性的电感。q高频：阻抗由电阻成分构成。随着频率升高，磁芯的磁导率降低，高频：阻抗由电阻成分构成。随着频率升高，磁芯的磁导率降低，磁芯的损耗增加，电阻成分增加，导致总的阻抗增加。当高频信号磁芯的损耗增加，电阻成分增加，导致总的阻抗增加。当高频信号通过铁氧体时，电磁能量以热的形式耗散掉通过铁氧体时，电磁能量以热的形式耗散掉 第41页，共42页，编辑于2022年，星期日1.3.8 1.3.8 共模扼流圈共模扼流圈p只对共模干扰电流有抑制作用，而对差模电流没有影响，因只对共模干扰电流有抑制作用，而对差模电流没有影响，因此叫共模扼流圈。此叫共模扼流圈。q 寄寄生生差差模模电电感感的的好好处处：部部分分漏漏磁磁产产生生差差模模电电感感。寄寄生生差差模模电电感感的的存存在在可可以以对对差差模模干干扰扰有有一一定定的的抑抑制制作作用用。在在设设计计滤波器时，可以将这种因素考虑进来。滤波器时，可以将这种因素考虑进来。第42页，共42页，编辑于2022年，星期日