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emc接地规范
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emc接地规范
篇一:
emc设计规范
篇二:
emc及安全规范设计
开关电源的emc及安全规范设计
开关电源不需要沉重的电源变压器,具有体积小、重量轻、效率高的优点,且市场上已有成品开关电源集成控制模块,使电源设计、调试简化许多,所以,在大多数的电子设备(如计算机、电视机及各种控制系统)中得到了广泛的应用。
然而,开关电源自身产生的各种噪声却形成了一个很强的电磁干扰源。
这些干扰随着开关频率的提高、输出功率的增大而明显地增强,对电子设备的正常运行构成了潜在的威胁。
因此,只有提高开关电源的电磁兼容性,才能使开关电源在那些对电源噪声指标有严格要求的场合下被采用。
开关电源产生噪声的原因
开关电源的种类很多,按变换器的电路结构可分为串并联式和直流变换式两种;按激励方式可分为自激和它激两种;按开关管的组合可分为桥式、半桥式、推挽式等。
但无论何种类型的开关电源都是利用半导体器件的开和关工作的,并以开和关的时间比来控制输出电压的高低。
由于它通常在20khz以上的开关频率下工作,所以电源线路内的dv/dt、di/dt很大,产生很大的浪涌电压、浪涌电流和其它各种噪声。
它们通过电源线以共模或差模方式向外传导,同时还向周围空间辐射噪声。
图1给出了一种典型的开关电源电路的简图,下面以此为例分析其产生噪声的主要原因。
一次整流回路的噪声
在一次整流回路中,整流二极管d1~d4只有在脉动电压超过c1的充电电压的瞬间,电流才从电源输入侧流入。
所以,一次整流回路产生高次畸变波,形成噪声。
开关回路的噪声
一是电磁辐射。
电源在工作时,开关管T处于高频率通断状态,在由脉冲变压器初级线圈l、开关管t和滤波器c构成的高频电流环路中,可能会产生较大的空间辐射噪声。
如果c的滤波不足,则高频电流还会以差模方式传导到交流电源中去。
二是感性负载引起的浪涌电压。
在开关回路中开关管t的负载是脉冲变压器的初级线圈l,是感性负载,所以开关管在通断时,在脉冲变压器的初级线圈的两端会出现较高的浪涌电压,很可能造成与此同一回路的电子器件(尤其是开关管t)的损坏。
二次整流回路的噪声
一是电磁辐射。
电源在工作时,整流二极管d也处于高频通断状态,由脉冲变压器次级线圈l、整流二极管d和滤波电容c构成了高频开关电流环路,可能向空间辐射噪声。
如果电容c滤波不足,则高频电流将以差模形式混在输出直流电压上,影响负载电路的正常工作。
二次整流回路的噪声
二是浪涌电流。
硅二极管在正向导通时PN结内的电荷被积累,二极管加反向电压时积累的电荷将消失并产生反向电流。
由于二次整流回路中d在开关转换时频率很高,即由导通转变为截止的时间很短,在短时间内要让存储电荷消失就产生反电流的浪涌。
由于直流输出线路中的分布电容、分布电感的存在,使因浪涌引起的干扰成为高频衰减振荡。
控制回路的噪声
控制回路中的脉冲控制信号是主要的噪声源。
分布电容引起的噪声
一是ci的作用。
散热片k与开关管t的集电极间虽然有绝缘垫片,但由于其接触面较大,绝缘垫较薄,因此两者之间的分布电容ci在高频时不能忽略。
因此高频电流会通过ci流到散热片上,再流到机壳地,最终流到与机壳地相连的交流电源的保护地线pe中,以产生共模辐射。
二是cd的作用。
脉冲变压器的初、次级之间存在的分布电容cd,可能会将原边高频电压直接耦合到副边上去,在副边用作直流输出的两条电源线上产生同相位的共模噪声。
开关电源的电磁兼容性设计
抑制开关电源的噪声可采取三方面的技术。
一、是减小干扰源的干扰能量;
二、是破坏干扰路径;
三、是采用屏蔽。
减小干扰源能量
由于开关电源的干扰源是不可能消除的,所以减小干扰源的能量就显得非常必要。
一般采取的措施有:
(1)并接Rc电路。
在开关管t两端加Rc吸收电路;在二次整流回路中的整流二极管d两端加Rc吸收电路,抑制浪涌电压。
(2)串接可饱和磁芯线圈。
在二次整流回路中,与整流二极管d串接带可饱和磁芯的线圈,可饱和磁芯线圈在通过正常电流时磁芯饱和,电感量很小,不会影响电路正常工作;
一旦电流要反向流过时,磁芯线圈将产生很大的反电势,阻止反向电流的上升,因此将它与二极管d串联就能有效地抑制二极管d的反向浪涌电流。
目前已有超小型非晶型磁环成品,可以直接套在二极管的正极引线上,使用方便。
破坏干扰路径
一是针对开关电源中分布电容引起的电场噪声采取措施。
主要抗干扰措施有:
(1)减少开关管集电极和散热片之间的耦合电容ci。
选用低介电常数的材料作绝缘垫,加厚垫片的厚度,并采用静电屏蔽的方法,。
一般开关管的外壳是集电极,在集电极和散热片之间垫上一层夹心绝缘物,即绝缘物中间夹一层铜箔,作为静电屏蔽层,接在输入直流0V地上,散热片仍接在机壳地上,这样将大大减少集电极与散热片之间的耦合电容ci,也就减少了它们之间的电场耦合。
(2)减少脉冲变压器的分布电容cd。
在一次侧和二次侧间加静电屏蔽层,屏蔽层应尽量靠近发射极并接地,这样将耦合电容cd也分成cd1和cd2的串联形式。
减少了一、二次侧的电场的耦合干扰。
二是针对开关电源通过电源线向外传输噪声的特点采取措施,即采用滤波技术破坏干扰。
采用的滤波技术有:
(一)交流侧滤波。
开关电源的交流电源线输入端插入共模和差模滤波器,防止开关电源的共模和差模噪声传递到电源线中,影响电网中其它用电设备,同时也抑制来自电网的噪声。
交流侧滤波器,其中ld、cd用于抑制差模噪声,一般ld取100~700μh,cd取1~10μF,对抑制10~150khz的噪声比较有效。
lc、cc抑制共模噪声,一般lc取1~3mh,cc取2000~6800pF,对抑制150khz以上的共模噪声有效。
对于具体的开关电路要对其上述元件的参数进行调试确定。
(二)直流侧滤波。
在开关电源的直流输出侧插入电源滤波器,它由共模扼流圈l1、l2,扼流圈l3和电容c1、c2组成。
为了防止磁芯在较大的磁场强度下饱和而使扼流圈失去作用,扼流圈的磁芯必须采用高频特性好且饱和磁场强度大的恒μ磁芯。
屏蔽
抑制辐射噪声的有效方法是屏蔽。
用导电良好的材料对电场屏蔽,用导磁率高的材料对磁场屏蔽。
为了防止脉冲变压器的磁场泄露,可利用闭合磁环形成磁屏蔽,对整个开关电源要进行屏蔽。
在屏蔽时应考虑散热和通风问题,屏蔽盒上的通风孔最好为圆形,接缝处最好焊接,以保证电磁的连续性。
开关电源的电磁兼容性设计考虑的因素还很多,如印制板的制作、元器件的布局以及各种电源线、信号线的捆扎、配置等,有许多工作要做。
全面抑制开关电源的各种噪声会大大提高开关电源的电磁兼容性,使开关电源得到更广泛的应用。
emi滤波器的设计原理
在开关电源中,主要的emi骚扰源是功率半导体器件开关动作产生的dv/dt和di/dt,因而电磁发射eme(electromagneticemission)通常是宽带的噪声信号,其频率范围从开关工作频率到几mhz。
所以,传导型电磁环境(eme)的测量,正如很多国际和国家标准所规定,频率范围在0.15~30mhz。
设计emi滤波器,就是要对开关频率及其高次谐波的噪声给予足够的衰减。
基于上述标准,通常情况下只要考虑将频率高于150khz的eme衰减至合理范围内即可。
常用电源滤波类型
通常有四种技术可进行电源滤波,以便抑制干扰噪声。
在实际使用中,经常是混合使用其中的两种,甚至多种技术。
它们是:
正负极电源线之间添加电容,即x电容;
每根电源线和地线之间添加电容,即y电容;
共模抑制(两根电源线上的抑制线圈同向绕线);
差模抑制(每根电源线有它自己的抑制线圈)。
电磁干扰滤波器的基本电路
电源噪声是电磁干扰的一种,其传导噪声的频谱大致为10khz~30mhz,最高可达
150mhz。
根据传播方向的不同,电源噪声可分为两大类:
一类是从电源进线引入的外界干扰,另一类是由电子设备产生并经电源线传导出去的噪声。
这表明噪声属于双向干扰信号,电子设备既是噪声干扰的对象,又是一个噪声源。
若从形成特点看,噪声干扰分串模干扰与共模干扰两种。
串模干扰是两条电源线之间(简称线对线)的噪声。
共模干扰则是两条电源线对大地(简称线对地)的噪声。
因此,电磁干扰滤波器应符合电磁兼容性(emc)的要求,也必须是双向射频滤波器,一方面要滤除从交流电源线上引入的外部电磁干扰,另一方面还能避免本身设备向外部发出噪声干扰,以免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。
此外,电磁干扰滤波器就对串模、共模干扰都起到抑制作用。
电感量范围与额定电流的关系
篇三:
emc设计规范
印制电路板的电磁兼容性设计规范
引言
本人结合自己在军队参与的电磁兼容设计工作实践,空军系统关于电子对抗进行的两次培训(雷达系统防雷、电子信息防泄露)及入司后参与706所杨继深主讲的emc培训、701所周开基主讲的emc培训、自己在地方电磁兼容实验室参与emc整改的工作体验、特别是国际ieee委员发表的关于emc有关文章、与地方同行的交流体会,并结合公司的实验情况,对印制电路板的电磁兼容性设计进行了一下小结,希望对印制电路板的设计有所作用。
需要提醒注意的是:
总结中只是提供了一些最基础的结论,对具体频率信号的走线长度计算、应考虑的谐波频率、波长、电路板级屏蔽、屏蔽体腔的设计、屏蔽体孔径的大小、数目、进出导线的处理、截止导波管直径、长度的计算及静电防护,雷电防护等知识没有进行描述。
或许有些结论不一定正确,还需各位指正,本人将不胜感谢。
一、元器件布局
印刷电路板进行emc设计时,首先要考虑布局,pcb工程师必须和结构工程师、emc工程师一起协调进行,做到两者兼顾,才能达到事半倍。
首先要考虑印刷电路板的结构尺寸大小,考虑如何对器件进行布置。
如果器件分布很散,器件之间的传输线可能会很长,印制线路长,阻抗增加,抗噪声能力下降,成本也会增加。
如果器件分布过于集中,则散热不好,且邻近线条易受耦合、串扰。
因此根据电路的功能单元,对电路的全部元器件进行总体布局。
同时考虑到电磁兼容性、热分布、敏感器件和非敏感器件、i/o(emc接地规范)接口、复位电路、时钟系统等因素。
一般来说,整体布局时应遵守以下基本原则:
1、当线路板上同时存在高、中、低速电路时,应该按逻辑速度分割:
布置快速、中速和低速
逻辑电路时,高速的器件(快逻辑、时钟振荡器等)应安放在靠近连接器范围内,减少天线效应、低速逻辑和存储器,应安放在远离连接器范围内。
这样对共阻抗耦合、辐射和交扰的减小都是有利的。
接口
2、在单面板或双面板中,如果电源线走线很长,应每隔3000mil对地加去耦合电容,电容取
值为10uF+1000pF,滤除电源线上高频噪声。
3、在单面板和双面板中,滤波电容的走线应先经滤波电容滤波,再到器件管脚,使电源电压
先经过滤波再给ic供电,并且ic回馈给电源的噪声也会被电容先滤掉。
至于去耦电容安放位置要根据实际情况来定,并不是绝对放在电源正极处,也可能放在电源负极处,原则上保证接地阻抗最小。
4、时钟线、总线、射频线等强辐射信号线远离接口外出信号线至少1000mil,避免强辐射信
号线上的干扰耦合到外出信号线上向外辐射,晶体、晶振、继电器、开关电源等均为强辐射器件布局时应着重考虑。
5、滤波器(滤波电路)的输入、输出信号线不能相互平行、交叉走线,避免滤波前后的走线
直接噪声耦合。
6、对于始端串联匹配电阻,应靠近其信号输出端放置,即驱动源放置。
7、为ic滤波的各滤波电容应尽可能靠近芯片的供电管脚放置,减少高频回路面积,从而减
少辐射。
8、在pcb板上,接口电路的滤波、防护以及隔离器件应该靠近接口放置,并且遵循先防护
后滤波的原则。
9、线路板电源输入口的滤波电路应靠近接口放置。
10
、当接口电路采用隔离方式进行滤波设计时,其Rc、lc电路应采用如下布局,且隔离区
其他层不允许有其他走线。
11、靠近pcb板边缘4mm以内不允许放置元器件。
12、按照电路信号的流向安排各个功能电路单元的位置,使布局便于信号流通,并使信号尽
可能保持一致的方向,信号走线最短、不产生回流。
13、以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它来进行布局。
元器件应均匀、整齐、紧凑地
排列在pcb上,尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连线。
14、高频工作的电路,要考虑元器件之间的分布参数。
一般电路应尽可能使元器件同一方向
排列。
15、尽可能缩短高频元器件之间的参数,减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。
易受干
扰的器件不要相互挨得太近,输入和输出元件应尽可能远离。
16、元器件的位置应按电源电压、数字及模拟电路、速度快慢、电流大小等进行分组,以免
相互干扰。
根据元器件的位置可以确定印制板连接器各个引脚的安排。
所有连接器应安排在印制板的一侧,尽量避免从两侧引出电缆,减少共模辐射。
17、高频滤波电容必须放在每个ic电源的引脚附近,减少对地回路,且要求每个电源引脚放
一个高频小电容。
18、存在较大电流变化的单元电路或器件(如电源模块的i/o,风扇及继电器)附近应放置储
能电容和高频滤波电容。
二、印制板布线
在印制板布线时,应先确定元器件在板上的位置,然后布置地线、电源线,再安排高速信号线,最后考虑低速信号线。
应先布地线,这条规则很重要,地线最好布成网状布置。
(1)电源线:
在考虑安全条件下,电源线应尽可能靠近地线,以减小差模辐射的环面积,也有助于减小电路的交扰。
(
2)时钟线、信号线和地线的位置:
信号线与地线距离应较近,形成的环面积较小,时钟线两边应尽可能进行包地线处理,防止时钟信号对其他信号的串扰,且包地线要可能多的打地过孔与地平面相连,减少接地阻抗,防止地线成为一个发射天线。
◇时钟线包地处理
(3)时钟线和信号线尽量不要换层走线,如确因实际情况需换层时,在走线过孔处,需打地过孔。
◇时钟线过孔处、信号线过孔处打地过孔
(3)时钟线、总线、射频线等关键信号走线和其他同层平行走线应满足3w原则。
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