EMC概述文档格式.docx
- 文档编号:17627917
- 上传时间:2022-12-07
- 格式:DOCX
- 页数:17
- 大小:113.75KB
EMC概述文档格式.docx
《EMC概述文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《EMC概述文档格式.docx(17页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
一个产品若在设计阶段注意选择合理的元器件,并优化线路布局,尤其高频连接线尽量短,接地电阻尽量小,必要时再加上适当的屏蔽和滤波等措施,那么其电磁兼容性能便不会存在大的问题。
●电磁兼容试验
1、静电
1.1静电放电的起因
静电放电的起因有多种,但IEC61000-4-2(GB/T17626.2)主要描述在低湿度情况下,通过摩擦等因素,使人体积累了静电。
当带有静电的人与设备接触时,就可能产生静电放电。
1.2试验目的
试验单个设备或系统的抗静电干扰的能力。
它模拟:
(1)操作人员或物体在接触设备时的放电。
(2)人或物体对邻近物体的放电。
静电放电可能产生的如下后果:
(1)直接通过能量交换引起半导体器件的损坏。
(2)放电所引起的电场与磁场变化,造成设备的误动作。
1.3静电放电的模拟
图1和图2分别给出了静电放电发生器的基本线路和放电电流的波形。
图1静电放电发生器
图2静电放电的电流波形
图1中高压真空继电器是目前唯一的能够产生重复与高速的放电波形的器件(放电开关)。
图2是标准放电电流波形,图中Im表示电流峰值,上升时间tr=(0.7~1)ns。
放电线路中的储能电容CS代表人体电容,现公认150pF比较合适。
放电电阻Rd为330Ω,用以代表手握钥匙或其他金属工具的人体电阻。
现已证明,用这种放电状态来体现人体放电的模型是足够严酷的。
1.4放电方式
直接放电(直接对设备的放电):
接触放电为首选形式;
只有在不能用接触放电的地方(如表面涂有绝缘层,计算机键盘缝隙等情况)才改用气隙放电。
1.5试验方法
有型式试验(在实验室进行)及安装现场试验两种,标准规定以前者为主。
试验中一般以1次/秒的速率进行放电,以便让设备对试验未来得及响应。
试验电压要由低到高逐渐增加到规定值。
1.6试验的严酷度等级
该试验的严酷度等级见表1。
表1严酷度等级
等级
接触放电(kV)
空气放电(kV)
1级
2
2级
4
3级
6
8
4级
15
等级的选择取决于环境等因素,但对具体的产品来说,往往已在相应的产品或产品族标准中加以规定。
1.7对试验的评述
标准中接触放电之所以可以用比较低的试验电压来进行试验,是因为接触放电有着极其陡峭的上升时间,其谐波成分更丰富,对设备的考核也更严格。
1.8抑制ESD的原则对策
•屏蔽与搭接
保证设备壳体的电连续性,避免静电电流或静电场进入设备内部从而干扰单板工作
•接地
为静电电流提供一快速泄放的途径,以免积累过高,损坏设备
•防护设计或滤波
对设备信号接口进行滤波,如采用TVS管进行钳位保护设计或这采用RC电路对静电进行滤波
2、电快速瞬变脉冲群
2.1电快速瞬变脉冲群的起因及后果
电路中,机械开关对电感性负载的切换,通常会对同一电路的其他电气和电子设备产生干扰。
这类干扰的特点是:
脉冲成群出现、脉冲的重复频率较高、脉冲波形的上升时间短暂、单个脉冲的能量较低。
实践中,因电快速瞬变脉冲群造成设备故障的机率较少,但使设备产生误动作的情况经常可见,除非有合适的对策,否则较难通过。
2.2试验目的
进行电快速瞬变脉冲群试验的目的是要对电气和电子设备建立一个评价抗击电快速瞬变脉冲群的共同依据。
图3快速瞬变脉冲群发生器
注:
U—高压电源RS—波形形成电阻RC—充电电阻
Rm—阻抗匹配电阻CC—贮能电容Cd—隔直电容
图4电快速瞬变脉冲群
2.3电快速瞬变脉冲群的模拟
图3给出了电快速瞬变脉冲群的发生器基本线路。
脉冲群的波形则参见图4所示。
对电快速瞬变脉冲群的基本要求是:
脉冲的上升时间(指10%~90%):
5ns±
30%;
脉冲持续时间(上升沿的50%至下降沿的50%):
50ns±
脉冲重复频率:
5kHz或100kHz;
脉冲群的持续时间:
15ms(100kHz时0.75ms);
脉冲群的重复周期:
300ms;
发生器的开路输出电压(峰值):
(0.25~4)kV;
发生器的动态输出阻抗:
50Ω±
20%;
输出脉冲的极性:
正/负;
2.4试验配置有两种类型的试验:
实验室内的型式试验和设备安装完毕后的现场试验。
标准规定第一种试验是优先采用的试验;
对于第二种试验,只有制造商和用户达成一致意见时,方才采用。
电快速瞬变脉冲群试验的实验室配置与静电放电试验相类似,地面上有参考接地板,接地板的材料与静电放电的要求相同。
2.5试验方法
(1)对电源线的试验(包括交流和直流),通过耦合与去耦网络,用共模方式,在每个电源端子与最近的保护接地点之间,或与参考接地板之间加试验电压。
(2)对控制线、信号线及通信设备,用共模方式,通过电容耦合夹子来施加试验电压。
(3)对于设备的保护接地端子,试验电压加在端子与参考接地之间。
试验每次至少要进行1min,而且正/负极性都属必须。
2.6试验的严酷度等级
该试验的严酷度等级见表2
表2严酷度等级
在供电电源端口,保护接地(PE)
在I/O(输入/输出)信号、数据和控制端口
电压峰值(kV)
重复频率(kHz)
1
0.5
5或者100
0.25
3
传统上用5kHz的重复频率;
然而,100kHz更接近实际情况。
表内:
电压指脉冲群发生器信号贮能电容上的电压;
频率指脉冲群内脉冲的重复频率。
严酷度等级的大体分类是:
1级保护良好环境下的设备(如计算机机房);
2级通常有保护环境下的设备(如工厂中的计算机机房和控制室);
3级无保护环境下的设备(如工业过程设备的使用场所);
4级有严重骚扰环境下的设备(如未采用特定安装措施的工业过程设备的户外区域、发电厂等)。
2.7试验的评述和标准的今后发展趋势
试验的机理是利用脉冲群对线路分布电容能量的积累效应,当能量积累到一定程度就可能引起线路(乃至设备)工作出错。
通常可以用试验中的线路一旦出错,就会连续不断地出错,即使把脉冲电压稍稍降低,出错情况依然不断的现象来加以解释。
今后发展趋势是脉冲的重复频率提高,但脉冲群的长度缩短,使每群脉冲个数基本保持不变。
2.8抑制EFT/B的原则对策
•屏蔽
因为EFT/B产生的干扰的频段可高到100MHz,所以机壳屏蔽和电缆屏蔽是抑制EFT/B的一个主要对策。
•滤波和防护
电源端口和信号端口的滤波防护电路设计。
•接地
对于任何干扰来说,接地都是为旁路干扰提供一快速途径,避免干扰在设备上驻留,“夜长梦多”。
3、浪涌
3.1浪涌的起因
(1)雷击(主要模拟间接雷):
例如,雷电击中户外线路,有大量电流流入外部线路或接地电阻,因而产生的干扰电压;
又如,间接雷击(如云层间或云层内的雷击)在线路上感应出的电压或电流;
再如,雷电击中了邻近物体,在其周围建立了电磁场,当户外线路穿过电磁场时,在线路上感应出了电压和电流;
还如,雷电击中了附近的地面,地电流通过公共接地系统时所引入的干扰。
(2)切换瞬变:
例如,主电源系统切换时(例如补偿电容组的切换)产生的干扰;
又如,同一电网中,在靠近设备附近有一些较大型的开关在跳动时所形成的干扰;
再如,切换有谐振线路的晶闸管设备;
还如,各种系统性的故障,例如设备接地网络或接地系统间产生的短路或飞弧故障。
3.2试验的目的
通过模拟试验的方法来建立一个评价电气和电子设备抗浪涌干扰能力的共同标准。
3.3浪涌的模拟
按照IEC61000-4-5(GB/T17626.5)标准的要求,要能分别模拟在电源线上和通信线路上的浪涌试验。
由于线路的阻抗不一样,浪涌在这两种线路上的波形也不一样,要分别模拟。
(1)主要用于电源线路试验的1.2/50μs(电压波)和8/20μs(电流波)的综合波发生器
图5是综合波发生器的简图。
发生器的波形则见图6所示。
图5综合波发生器简图
U—高压电源RS—脉冲持续期形成电阻RC—充电电阻
Rm—阻抗匹配电阻CC—储能电容Lr—上升时间形成电感
图6综合试验波
(a)1.2/50μs开路电压波形(按GB/T16927.1波形规定)
波前时间:
T1=1.67×
T=1.2μs±
30%
半峰值时间:
T2=50μs±
20%
(b)8/20μs短路电流波形(按GB/T16927.2波形规定)
T1=1.25×
T=8μs±
T2=20μs±
对试验发生器的基本性能要求是:
开路电压波:
1.2/50μs;
短路电流波:
8/20μs。
开路输出电压(峰值):
0.5kV~4kV
短路输出电流(峰值):
0.25kA~2kA
发生器内阻:
2Ω(可附加电阻10或40Ω,以便形成12或42Ω的发生器内阻) 浪涌输出极性:
正/负
浪涌移相范围:
0°
~360°
最大重复率:
每分钟1次
(2)用于通信线路试验的10/700μs浪涌电压发生器
发生器的基本线路见图7所示。
相应的电压浪涌波形见图8所示。
图7电压浪涌发生器
U—高压电源Rm—阻抗匹配电阻(Rm1=150Ω;
Rm2=25Ω)RC—充电电阻CC—储能电容(20μF)
CS—上升时间形成电容(0.2μF)
RS—脉冲持续期形成电阻(50Ω)
S1—当使用外部匹配电阻时,此开关应闭合
图8电压浪涌波形
T=10μs±
T2=700μs±
发生器的基本性能要求是:
开路峰值输出电压(峰值):
动态内阻:
40Ω
输出极性:
3.4试验方法
由于浪涌试验的电压和电流波形相对较缓,因此对试验室的配置比较简单。
对于电源线上的试验,都是通过耦合/去耦网络来完成的。
试验中要注意以下几点:
试验前务必按照制造商的要求加接保护措施。
连续脉冲间的时间间隔为1分钟或更短
事实上,自然界的雷击现象和开关站大型开关的切换也不可能有非常高的重复率现象存在。
试验,一般正/负极性各做5次。
试验电压要由低到高逐渐升高,避免试品由于伏安非线性特性出现的假象。
另外,要注意试验电压不要超出产品标准的要求,以免带来不必要的损坏。
3.5试验的严酷度等级
各等级电源线路的试验电压值见表3。
表3严酷度等级
开路试验电压(±
10%),kV
1.0
2.0
4.0
X
待定
试验的严酷度等级取决于环境及安装条件,下面是一般的分级情况:
1级较好的保护环境,浪涌电压不超过500V,如工厂或电站中的控制室;
2级保护环境比1级稍差,浪涌电压不超过1kV,如无强干扰的工厂;
3级一般性的电磁骚扰环境,无特殊安装要求,浪涌不超过2kV,如普通安装的电缆网络,工业性的工作场所和变电所等;
4级受严重骚扰的环境,浪涌电压可以达到4kV,如民用架空线,未加保护的高压变电所等;
X级为特殊等级,应根据用户的特殊要求,由制造商和用户协商后确定。
3.6抑制SURGE的原则对策
•防护设计
电源端口的压敏、热敏、空气放电管以及熔断器构成的防护电路已经非常成熟。
信号端口则需要根据其接口类型以及工作在室内还是室外进行设计区分,如网口电路和调试串口电路的防护设计就不同。
•信号电缆的屏蔽
信号电缆外面的屏蔽层是解决信号端容易耦合感应雷的重要方法。
4、电压跌落、短时中断和电压渐变
4.1干扰的起因
电压瞬时跌落、短时中断是由电网、变电设施的故障或负荷突然出现大的变化所引起的。
在某些情况下会出现两次或更多次连续的跌落或中断。
电压变化是由连接到电网的负荷连续变化引起的。
这些现象本质上是随机的,其特征表现为偏离额定电压并持续一段时间。
电压瞬时跌落和短时中断不总是突发的,因为与供电网络相连的旋转电机和保护元件有一定的反作用时间。
如果大的电源网络断开(一个工厂的局部或一个地区中的较大范围),电压将由于有很多旋转电机连接到电网上使之逐步降低。
因为这些旋转电机短期内将作为发电机运行,并向电网输送电力,这就产生了电压渐变。
作为大多数数据处理设备,一般都有内置的断电检测装置,以便在电源电压恢复以后,设备按正确方式起动。
但有些断电检测装置对于电源电压的逐渐降低却不能快速作出反应,结果导致加在集成电路上的直流电压,在断电检测装置触发以前已降低到最低运行电压水平之下,由此造成了数据的丢失或改变。
这样,当电源电压恢复的时候,这个数据处理设备就不能正确再起动。
4.2试验目的
IEC61000-4-11标准规定了不同类型的试验来模拟电压的突变效应,以便建立一种评价电气和电子设备在经受这种变化时的抗扰性通用准则。
其中对电压渐变作为一种型式试验,根据产品或有关标准的规定,用在特殊的和认为合理的情况下。
4.33个专门的术语
(1)电压瞬时跌落指在电气系统的某一点,电压突变下降,在经历了半个周期到几秒钟的短暂持续期后,又恢复正常。
(2)短时中断指供电电压消失一段时间,一般不超过1min。
短时中断可认为是100%的幅值瞬时跌落。
(3)电压渐变指供电电压逐渐变得高于或低于额定电压,变化的持续时间相对周期来说,可长可短。
4.4试验的电压等级
试验的电压等级分为两种(见图9,图10和表4,表5)
表4电压跌落和短时中断的试验等级
试验等级,%UT
电压暂降和短时中断,%UT
持续时间(周期)
100
0.5,1,5,10,25,50,X
40
60
70
30
表5电压渐变的试验等级
电压试验等级,%UT
电压降低需时间,s
降低后电压维持时间,s
电压增加所需时间,s
2±
20%
1±
4.5试验仪器
主要指标包括:
输出电压:
精度±
5%;
输出电流能力:
100%UT时≤16A,其他输出电压时能维持恒功率,如70%UT时≤23A;
40%UT时≤40A;
峰值起动电流能力:
不超过500A(220V电压时):
250A(100V~120V电压时);
突变电压的上升或下降时间:
1μs~5μs(接100Ω负载);
相位:
(准确度为±
10°
);
输出阻抗呈电阻性,并应尽可能小。
实现上述功能的试验仪器有两种基本格式,分别见图11和图12所示。
电压降落和短时中断试验电压波形
50ms
UN
1
0
1s1s1st
图9A电压中断为△U=100%,1s
UN
20mst
图9B电压中断为△U=100%,20ms
40%
1mint
图9C电压中断为△U=60%,1min
图10
电压渐变试验例
图11用电子开关控制两个独立调压器的结构方式图
图12用波形发生器和功率放大器构成试验发生器的形式
4.6试验方法
根据选定的试验等级及持续时间进行试验。
试验一般做3次,每次间隔时间为10s。
试验在典型的工作状态下进行。
如果要规定电压在特定角度上进行切换,应优先选择45°
,90°
,135°
,180°
,225°
,270°
和315°
。
一般选0°
或180°
对于三相系统,一般是一相一相地进行试验。
特殊情况下,要对三相同时做试验,这时要求有3套试验仪器同步进行试验。
4.7抑制DIP的原则对策
•电源模块的性能
电源模块自身能否保证输入出现电压波动时,输出依然稳定是影响设备DIP指标的重要因素,此外电源模块能够正常上电而不进入欠压保护状态也是一重要因素。
•WATCHDOG电路
为各芯片设计的看门狗电路应该能够保证当芯片出现供电欠压时及时对该芯片进行复位
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- EMC 概述