簡介:EMC簡介
電磁兼容是一門新興的綜合性學(xué)科。
電磁兼容本課題主要研究如何使各種電氣電子設(shè)備和元件在相同的電磁環(huán)境下工作能夠正常工作，互不干擾，達(dá)到兼容狀態(tài)。
有電子產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的朋友，有過深刻而痛苦的經(jīng)歷，辛辛苦苦設(shè)計(jì)的所有產(chǎn)品都運(yùn)轉(zhuǎn)良好，等到打樣機(jī)，或電磁輻射，一方突然有人做手機(jī)，設(shè)備莫名其妙“掛”，出現(xiàn)各種異常，停機(jī)，嚴(yán)重的直接吸煙等。
在全球市場化和國際貿(mào)易更加頻繁的今天，如果電子產(chǎn)品的EMC指標(biāo)不符合相關(guān)的國際和使用國家標(biāo)準(zhǔn)，就被列為不合格產(chǎn)品，無法銷售，更不用說電子產(chǎn)品的價(jià)值了。
2.
電磁兼容的概念
電磁兼容性(EMC):指設(shè)備或系統(tǒng)在電磁環(huán)境中運(yùn)行，而不會(huì)對環(huán)境中的任何設(shè)備造成不可容忍的電磁干擾的能力。
因此，EMC有兩個(gè)要求:
一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過程中對環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限度。
另一方面，意味著器具對環(huán)境中的電磁干擾具有一定的抗干擾能力，即電磁敏感性。
所以有兩個(gè)概念:
2.1電磁干擾(EMI)
電磁干擾是指電磁干擾導(dǎo)致電子設(shè)備相互影響，造成不良后果的一種電磁現(xiàn)象。
2.2電磁磁化率(EMS)
EMS是指設(shè)備暴露在電磁環(huán)境中的不期望響應(yīng)程度，即設(shè)備對周圍電磁環(huán)境靈敏度的度量。
電磁敏感性是指電磁環(huán)境對設(shè)備性能的影響。
3.
EMC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目的
電磁兼容結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的是確保產(chǎn)品能在規(guī)定的測試規(guī)范下正常工作，達(dá)到產(chǎn)品的可靠性目標(biāo)，從而滿足電磁干擾和電磁干擾的限制要求。
EMC設(shè)計(jì)目標(biāo)是可靠性目標(biāo)的一部分。
4.
電磁干擾的三要素
(1)電磁干擾源:指產(chǎn)生電磁干擾的部件、裝置、設(shè)備或自然現(xiàn)象;
騷擾是一種電磁能，干擾是騷擾的結(jié)果或后果。
(2)耦合途徑或耦合通道:指能量從騷擾源耦合到敏感設(shè)備，并使設(shè)備產(chǎn)生響應(yīng)介質(zhì);
③靈敏設(shè)備:指能夠響應(yīng)電磁騷擾的設(shè)備。
所有的電磁干擾都是由這三個(gè)因素共同產(chǎn)生的。
稱之為電磁干擾三要素。
如下圖所示
電磁干擾源發(fā)出的電磁能量通過一定的耦合通道傳遞給敏感設(shè)備，使敏感設(shè)備產(chǎn)生一定形式的響應(yīng)和影響。
這一過程及其效應(yīng)稱為電磁干擾效應(yīng)。
電磁兼容研究的主要內(nèi)容集中在電磁干擾的三個(gè)要素上，即電磁干擾源、耦合通道和敏感設(shè)備的研究。
4.
EMC設(shè)計(jì)過程
電磁兼容結(jié)構(gòu)應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。
根據(jù)產(chǎn)品的不同，其結(jié)構(gòu)變化較大，很難有一個(gè)固定的標(biāo)準(zhǔn)。
但是，總體的設(shè)計(jì)軌跡還是可以追溯的，在細(xì)節(jié)中還可以找到很多相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和文件。
設(shè)計(jì)出這樣的特征軌跡后，就可以按照通則進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。
1)清晰分析設(shè)計(jì)需求;
(什么東西出了問題)
2)針對癥狀選擇相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和文件;
3)遵守規(guī)則;
4)專業(yè)的性能;
5)特征優(yōu)化:文字形式上的提升空間;
6)平時(shí)的積累，進(jìn)行第二步。
4.1清晰分析設(shè)計(jì)要求;
(什么東西出了問題)
機(jī)械行業(yè)也有很多子行業(yè)，不同的國家、不同的行業(yè)對EMC的要求有很大的不同。
如下圖所示:
EMC設(shè)計(jì)必須滿足要求、規(guī)范和測試的要求。
如果有要求規(guī)范，要求規(guī)范中必須包含詳細(xì)的EMC規(guī)定。
例如，通用汽車公司對EMC的規(guī)定:
電磁兼容性(EMC)性能:符合GMW309*、GMW309*、gmw310 *。
因此，在設(shè)計(jì)之前解釋規(guī)范是非常重要的(盡管經(jīng)常被實(shí)踐者忽略)。
如果是自己設(shè)計(jì)的或者沒有規(guī)范，則需要根據(jù)國家行業(yè)要求收集相關(guān)的檢測標(biāo)準(zhǔn)，所以如果只注重質(zhì)量，產(chǎn)品會(huì)比較麻煩，但可以參考同行業(yè)實(shí)力公司的規(guī)范。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求得到的方法細(xì)節(jié)如下:
4.1) QFDI(客戶要求轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)要求)
了解您所處的行業(yè)環(huán)境并定義EMC設(shè)計(jì)要求是進(jìn)行良好設(shè)計(jì)的第一步。
4.2應(yīng)根據(jù)癥狀選擇相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和文件
EMC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程分為兩個(gè)步驟:
4.2.1選擇結(jié)構(gòu)合理的EMC設(shè)計(jì)
為了使產(chǎn)品具有良好的電磁兼容性，應(yīng)特別考慮與電磁兼容性有關(guān)的設(shè)計(jì)內(nèi)容。
最常見和最基本的EMC控制技術(shù)有接地、單板、屏蔽和濾波。
此外，平衡技術(shù)、低電平技術(shù)也是電磁兼容的重要控制技術(shù)。
隨著新技術(shù)、新材料、新產(chǎn)品的出現(xiàn)，EMC控制技術(shù)得到了不斷的發(fā)展。
因?yàn)楦餍袠I(yè)對EMC的要求各不相同，使用的主要方法也各不相同。
正如作者所見，汽車電子產(chǎn)品的金屬護(hù)罩更少，而智能手機(jī)的金屬護(hù)罩卻很多。
因此，建議通過對標(biāo)產(chǎn)品對比，選擇合適的EMC結(jié)構(gòu)。
在這里記得自己心爆滿，隨機(jī)跨行業(yè)選擇EMC設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，利弊權(quán)衡。
原因如下:
(1)對標(biāo)產(chǎn)品拆解分析
(2) DFMEA現(xiàn)有設(shè)計(jì):預(yù)防控制和檢測控制
下面將分別列出電磁兼容的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，以供參考。
4.2.2選擇本EMC結(jié)構(gòu)對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)
目前對電磁兼容結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。
作者所看到的EMC文檔主要供參考。
設(shè)計(jì)時(shí)需要針對EMC結(jié)構(gòu)的詳細(xì)特性，在結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)再次細(xì)化尋找準(zhǔn)則，直到找到特征最小的準(zhǔn)則。
如果采用金屬屏蔽結(jié)構(gòu)，在選擇合適的供應(yīng)商后，可參考供應(yīng)商提供的標(biāo)準(zhǔn)，如:
4.3遵守規(guī)則
4.3.1耐心解讀標(biāo)準(zhǔn)
由于EMC結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)并不完善，即使是優(yōu)秀的供應(yīng)商提供的標(biāo)準(zhǔn)也很難做到正確和完美，所以閱讀、理解和整理這些不完善的標(biāo)準(zhǔn)需要耐心和專業(yè)精神。
4.3.2建設(shè)
材料、尺寸和公差、試驗(yàn)和其他要求應(yīng)在圖紙上顯示。
標(biāo)準(zhǔn)圖紙是實(shí)力的體現(xiàn)。
4.3.3計(jì)算
EMC當(dāng)然是可計(jì)算的，如下所示。
但基本上基于試驗(yàn)，實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果有時(shí)相差較大。
此外，一些EMC詳細(xì)特性設(shè)計(jì)需要公差控制，因此需要與公差分析相對應(yīng)的計(jì)算報(bào)表。
4.4專業(yè)性能
1）圖紙
一個(gè)產(chǎn)品與PCB板相關(guān)圖紙可以說都是EMC結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
2）計(jì)算書；
①EMC輻射計(jì)算：PCB、電纜等。(如果真的需要)
②公差分析計(jì)算書
審核時(shí)請檢查這兩件事。
4.5 特征優(yōu)化：書面形式的上升空間
以書面形式表達(dá)EMC優(yōu)化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法可以寫在計(jì)算書中。
EMC結(jié)構(gòu)優(yōu)化方向如下：
1）EMC更換設(shè)計(jì)方法：基于DFA原則上，較少的零件可以減少裝配時(shí)間，增加可靠性。因此，如果可以通過布板實(shí)現(xiàn)EMC控制效果不需要使用金屬屏蔽罩。其他金屬外殼，如鎂合金，也可以考慮更換塑料外殼 導(dǎo)電布等。
2)零件結(jié)構(gòu)簡化：如合理的布板可簡化金屬屏蔽結(jié)構(gòu)。
3)材料成本:噴導(dǎo)電粉時(shí)是否必須使用銀粉，是否可以使用銅粉或其他粉末EMC替代設(shè)計(jì)手段等。
4.6 為第二步做準(zhǔn)備。
由于沒有一步一步的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，平時(shí)的積累尤為重要。
具體原因見對癥設(shè)計(jì)總章節(jié)，這里就不解釋了。
5.EMC電磁兼容結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法
5.1 接地
接地是抑制電磁干擾、提高電子設(shè)備電磁兼容性的重要手段之一。正確的接地不僅可以抑制干擾的影響，還可以抑制設(shè)備的輻射干擾；相反，錯(cuò)誤的接地會(huì)引起嚴(yán)重的干擾，甚至使電子設(shè)備無法正常工作。
許多電磁干擾問題是由地線引起的，因?yàn)榈鼐€電位是整個(gè)電路工作的基準(zhǔn)電位。如果地線設(shè)計(jì)不當(dāng)，地線電位不穩(wěn)定，導(dǎo)致電路故障。地線設(shè)計(jì)的目的是確保地線電位盡可能穩(wěn)定，從而消除干擾。
5.1.1 接地的概念
電子設(shè)備中的地面通常有兩種含義：一種是地面，另一種是系統(tǒng)基準(zhǔn)地面。接地是指在系統(tǒng)的選定點(diǎn)和電位基準(zhǔn)之間建立低電阻導(dǎo)電路。
接地是指以地球電位為基準(zhǔn)，以地球?yàn)榱汶娢唬ㄟ^接地線和接地極組成的接地裝置將電子設(shè)備的金屬外殼和線路選定點(diǎn)與地球連接。
系統(tǒng)基準(zhǔn)地是指信號電路的基準(zhǔn)導(dǎo)體（電子設(shè)備通常以金屬底座、外殼、屏蔽罩或粗銅線、銅帶為基準(zhǔn)導(dǎo)體），基準(zhǔn)導(dǎo)體的電位為相對零電位，
但不是地面零電位，簡稱系統(tǒng)地。
接地有兩個(gè)目的：
首先，為了安全，它被稱為保護(hù)接地。電子設(shè)備的金屬外殼必須與地面連接，以避免因事故對地面電壓過高而危及操作人員和設(shè)備的安全。
二是為電流返回源提供低阻抗通道，稱為工作接地。
5.1.2 接地的種類
事實(shí)上，各種地線都有電氣或物理連接，可能沒有明確的劃分。在地面系統(tǒng)中，有時(shí)一個(gè)地面既承擔(dān)保護(hù)地面，又承擔(dān)防雷地面的作用；或者既承擔(dān)工作場所，又承擔(dān)保護(hù)地面的作用。不同功能的地面連接針對不同的電氣對象，其處理方法的重點(diǎn)也會(huì)有所不同。
1）保護(hù)接地
保護(hù)接地是為了保護(hù)設(shè)備、設(shè)備、電路和人身安全，防止雷擊和靜電損壞設(shè)備，或在設(shè)備故障時(shí)保護(hù)人身安全。因此，必須保護(hù)設(shè)備、設(shè)備、電路底盤和金屬外殼的接地。
保護(hù)區(qū)的保護(hù)原理是將帶有故障電壓的設(shè)備外殼短路到地面或地線端，保護(hù)過程中產(chǎn)生的短路電流斷開熔絲或空氣開關(guān)，保護(hù)設(shè)備和人員安全。
2）工作接地
工作地是單板、母板或系統(tǒng)之間信號的等電位參考點(diǎn)或參考平面，它給信號回流提供了低阻抗通道。
信號質(zhì)量在很大程度上取決于工作接地質(zhì)量。由于接地材料特性等技術(shù)因素的影響，無論接地導(dǎo)體連接或重疊有多好，總有一定的阻抗，信號回流產(chǎn)生電壓降，形成地紋波，影響信號質(zhì)量；信號越弱，信號頻率越高，影響越嚴(yán)重。盡管如此，在設(shè)計(jì)和施工中最大限度地減少工作接地導(dǎo)體的阻抗仍然非常重要。
5.2 布板
無論設(shè)備是電磁干擾發(fā)射還是外部干擾，還是電路之間的相互干擾，電路板都是問題的核心，因此設(shè)計(jì)電路板對確保設(shè)備的電磁兼容性具有重要意義。
電路板設(shè)計(jì)的目的是減少電磁輻射和對外部干擾的敏感性，減少電路板上的相互影響。
5.3 屏蔽
屏蔽是一種阻擋或減少電磁能傳輸?shù)募夹g(shù)，是抑制電磁干擾的重要手段之一。對于大多數(shù)設(shè)備EMC在設(shè)計(jì)上，屏蔽是必要的。
特別是隨著電路工作頻率的增加，僅僅依靠電路板設(shè)計(jì)往往不能滿足電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)的要求。一般來說，如果在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不考慮電磁屏蔽的要求，就很難將屏蔽效果添加到產(chǎn)品中。因此，對于現(xiàn)代電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，必須從一開始就考慮屏蔽問題。
屏蔽有兩個(gè)目的，一是內(nèi)部輻射的電磁能泄漏到內(nèi)部區(qū)域，二是防止外部輻射干擾進(jìn)入某一區(qū)域。
5.3.1 主要的屏蔽材料和方案
通過一種材料，電磁波會(huì)產(chǎn)生以下三種情況：反射、吸收和通過。
因此，屏蔽材料必須具有反射或吸收的特性。
主流電磁屏蔽解決方案材料有：
不銹鋼、銅箔、鋁箔、導(dǎo)電涂料、電磁波吸收材料(鐵氧體、鎳粉、碳黑、堿鐵等)。
屏蔽是電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工程師非常實(shí)用的手段，尤其是手機(jī)等消費(fèi)類電子產(chǎn)品，使用非常多。。
1) 金屬屏蔽。
2）銅箔。
3）電磁屏蔽氈。
4）電鍍導(dǎo)電屏蔽層。
5）噴涂電磁屏蔽涂料。
6) 鎂合金外殼。
鎂合金是一種功能性與結(jié)構(gòu)性相結(jié)合的屏蔽材料，不僅可以實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽功能，還可以實(shí)現(xiàn)具有“智能化”特點(diǎn)的工程結(jié)構(gòu)軸承。。但這種方法對電磁屏蔽效果有一定的爭議，暫時(shí)還不是主要的方法。。
5.3.2開孔對防護(hù)罩的影響。
際上，屏蔽體中不可避免地存在著各種縫隙、開口和各種缺陷，這將大大降低屏蔽體的屏蔽效能。。30MHz以上的理想屏蔽體的屏蔽效能足夠高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過工程的實(shí)際需要。。真正決定實(shí)際屏蔽層屏蔽效能的因素是各種電氣不連續(xù)缺陷，包括間隙、開口和電纜穿透。。屏蔽罩上方的縫隙是很常見的，尤其是目前的機(jī)柜和插入盒都是組裝好的，而且縫隙很大，如果處理不當(dāng)，縫隙會(huì)急劇惡化屏蔽罩的屏蔽效能。。
5.3.3電纜的屏蔽設(shè)計(jì)。
如果導(dǎo)體穿過屏蔽層，屏蔽層的屏蔽效能會(huì)明顯惡化。。這種穿透通常是當(dāng)電纜從屏蔽層出來時(shí)。。如圖2—6所示。
電纜穿透的作用是通過導(dǎo)線將屏蔽體內(nèi)外連接起來，相當(dāng)于兩個(gè)背靠背的天線，對屏蔽體的屏蔽影響很大。。
為了避免電纜穿入對屏蔽層的影響，可以從幾個(gè)方面采取措施:。
1）使用屏蔽電纜時(shí)，屏蔽電纜從屏蔽罩出來時(shí)采用夾線結(jié)構(gòu)，確保電纜屏蔽罩與屏蔽罩之間可靠接地，提供足夠低的接觸阻抗。。
2) 使用屏蔽電纜時(shí)，信號通過屏蔽連接器從屏蔽罩外接，通過連接器保證電纜屏蔽罩的可靠接地。。
3）當(dāng)使用非屏蔽電纜時(shí)，濾波器連接器用于傳輸，以確保電纜和屏蔽層之間有足夠低的高頻阻抗。。
4）使用非屏蔽電纜時(shí)，電纜在屏蔽層的內(nèi)側(cè)（或外側(cè)）足夠短，使干擾信號不能有效耦合出去，從而減少電纜穿透的影響。。
5) 電源線將電源濾波器帶出屏蔽層，以確保電源線和屏蔽層之間有足夠低的高頻阻抗。。
5.4過濾。
對于任何設(shè)備來說，濾波是解決電磁干擾的關(guān)鍵技術(shù)之一。。
//與屏蔽不同的是，濾波意味著電子控制工程師需要更多地使用。
由于設(shè)備中的導(dǎo)線是非常高效的接收和輻射天線，設(shè)備發(fā)出的大部分輻射都是通過各種導(dǎo)線來實(shí)現(xiàn)的，外部干擾往往首先由導(dǎo)線接收，然后再連接到設(shè)備中。。濾波的目的是消除導(dǎo)線上的這些干擾信號，防止電路中的干擾信號到達(dá)導(dǎo)線，借助導(dǎo)線的輻射，同時(shí)也防止導(dǎo)線接收到的干涉信號進(jìn)入電路。。、
5.4.1濾波電路的基本概念。
濾波電路是由電感、電容、電阻、鐵氧體磁珠和共模線圈組成的選頻網(wǎng)絡(luò)。。為了減少電源和信號電纜的外部輻射，必須對接口電路和電源電路進(jìn)行濾波處理。。
濾波電路的效率取決于濾波電路兩側(cè)的阻抗特性。在低阻抗電路中，一個(gè)簡單的電感濾波電路可以獲得40 dB的衰減，而在高阻抗電路幾乎沒有影響。。在高阻抗電路中，簡單的電容濾波電路可以得到很好的濾波效果，而在低阻抗的電路中很難實(shí)現(xiàn)。。在濾波電路的設(shè)計(jì)中，電容接近于高阻抗電路設(shè)計(jì)，電感接近于低阻抗電路。。
電容器的插入損耗隨頻率的增加而增加，直到頻率達(dá)到自諧振頻率。由于導(dǎo)線和電容電極的電感與電路上的電容串聯(lián)的存在，插入損耗開始減小。
5.4.2電源電磁干擾濾波器。
電源EMI濾波器是一種無源雙向網(wǎng)絡(luò)，它一端接電源，另一端接負(fù)載。在感興趣的衰減帶的較高頻率處，電源EMI濾波器可視為阻抗失配網(wǎng)絡(luò)。。網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果表明，濾波器阻抗兩側(cè)阻抗失配越大，對電磁干擾能量的衰減越有效。。由于電源線側(cè)的共模阻抗一般較低，濾波器的電源阻抗一般較高。為了得到更好的濾波效果，低阻抗的電源側(cè)應(yīng)配備高輸入阻抗的濾波器。。對于高輸入阻抗的負(fù)載側(cè)，應(yīng)配備低輸出阻抗的濾波器。。
普通電源濾波器對電壓水平以下的干擾信號有很好的濾波效果。在較高頻段，由于電容器的電感效應(yīng)，其濾波性能會(huì)下降。。對于高頻干擾，請使用通入濾波器。濾波器由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，具有良好的濾波特性，其有效頻帶可擴(kuò)展至GHz，因此在無線產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。。
濾波器的使用，最主要的問題是接地問題。只有接地好的濾波器才能起到它的濾波作用，否則就沒有價(jià)值。。過濾器的使用應(yīng)注意以下問題:。
1) 過濾器放在電源的入口處。
2) 直通式過濾器應(yīng)放置在機(jī)箱（機(jī)柜）的金屬壁上。。
3) 過濾器直接與機(jī)柜相連，在過濾器下不能涂防護(hù)漆。。
4）濾波器的輸入、輸出引線不能平行、交叉。
6. 后來的話。
智能產(chǎn)品可以沒有電機(jī)，但必須有PCB板，所以電磁兼容結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)必備技能。。面試時(shí)被問到的時(shí)候，別忘了“地篩網(wǎng)過濾器”公式。
