第二部分(下)电磁兼容的试验与分析.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二部分（下）电磁兼容的试验与分析,第一个问题：电磁兼容试验场地,第二个问题：,辐射发射测试,第三个问题：,浪涌（模拟雷电干扰）试验装置,第四个问题：,电快速脉冲试验装置,第五个问题：,静电放电现象,第六个问题：,频域分析,第七个问题：,电磁兼容的工程方法,第一个问题：,电磁兼容试验场地,电磁发射试验,敏感度或抗扰度试验：,开阔场（民用标准）,屏蔽暗室,可在普通环境中，但是注意对周围设备的影响,电磁兼容试验场地有两个基本要求：一个是场地内不能有电磁波反射物，这会造成测量误差。另一个是场地内不能有其它电磁干扰。比较好的环境是无反射屏蔽室。抗扰度方面的试验可以在普通环境中进行，但是注意试验用的干扰信号会对周围的正常工作造成影响。特别是辐射抗扰试验，强电磁波可能会对附近的人员造成伤害。,第二个问题：,EUT,辐射发射测试,EUT,旋转找最大面,0.8,m,1 4,m,1、3、10、30 米,屏蔽墙,测试仪,辐射发射测量的目的是确定,EUT,通过空间发射传播的电磁干扰能量。,测量场地：,GB,要求在开阔场地中测量，,GJB,要求在屏蔽半无反射室中测量，由于电磁环境日趋恶化，开阔场中的背景干扰往往严重影响测量，因此，,GB,测量也开始在屏蔽半无反射室中做，但要求半无反射室中的电磁场分布与开阔场近似。,天线到,EUT,（,受试设备）的距离：,GB,要求为,3,米、,10,米或,30,米,，,GJB,要求为,1,米；,测量内容：,GB,仅测量电场辐射发射，,GJB,对电场辐射和磁场辐射都要测量；,测量频率范围：,GB,规定的测量范围为,30MHz 1GHz,，,随着时钟频率的升高，有扩展到,18GHz,的趋势，,GJB,规定的测量频率范围为,10kHz 18GHz,，,EUT,的布置：,GB,和,GJB,都要求,EUT,按照实际工作状态布置（互联电缆和所连接的外部设备全部按实际状态连接），,GB,要求,EUT,放置在木制测试台上，,GJB,要求,EUT,放置在金属板上。距离地面的距离为,0.8,米；,检波方式：,干扰测量仪的读数与检波方式有关，因此标准中都明确规定检波方式，,GB,要求准峰值检波，,GJB,要求峰值检波；,最大辐射点：,与处理电磁兼容问题的原则相同，仅关心最坏情况。因此，以,EUT,的最大辐射值为测量结果。最大辐射值的含义有,4,个，第一：,EUT,的工作状态处于最大辐射状态，第二：,EUT,最大辐射面对着天线，第三：天线的极化方向为接收最大场强的方向，第四：天线的高度为接收最大场强的位置。,GJB,中，没有第四点的要求，即，天线的高度是固定的。,注意点：,设备上的电缆是主要的辐射源，因此测量的结果往往与电缆的摆放位置有很强的相关性。这是导致测量结果不能重复的重要原因之一。所以在测量时，尽量使电缆的位置固定。,第三个问题：,浪涌（模拟雷电干扰）试验装置,信号电缆用的耦合解耦网络,接电网,接辅助设备,EUT,发生器或耦合器之,间的电缆小于2米,保护地线要能够承受浪涌电流,浪涌试验模拟雷电现象对设备的干扰,:,要在电源线和信号线上试验。根据设备的用途和要求，试验可在设备工作或非工作状态进行。工作状态时作此试验主要检验设备电路抗干扰性，是否会在受到干扰时出现误动作。非工作状态时作此试验，主要检验设备的抗浪涌电路性能，看设备是否会在浪涌冲击下受大损坏。,浪涌敏感度试验波形,10,s,0.5,s,50,s,1.2,s,8,s,20,s,电压,电流,t,t,t,电压,从浪涌的波形，可以看出，浪涌试验的能量很大，但是频率不是很高。因此，一般的低通干扰滤波器对浪涌干扰几乎没有作用，因为浪涌的主要能量在滤波器的通带内。,第四个问题：,电快速脉冲试验装置,容性卡钳距参考地,100,mm,轮流卡每根电缆,EUT,与参考地平面之间的距离大于100,mm,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,电快速脉冲试验模拟电网中的感性负载断开时产生的干扰。这种干扰不仅会出现在电源线上，而且会耦合到信号线上。因此，这个试验要对电源线和信号线做。,电快速脉冲试验波形（模拟感性负载断开）,双指数脉冲,15,ms,脉冲串,(5,kHz),脉冲串间隔是300,ms,从波形看，电快速脉冲干扰的频率较高。由于上升沿为,5ns,，,其频率成份达到,60MHz,以上。因此，试验时要考虑高频干扰的空间耦合因素。有些试验失败就是由于高频干扰耦合造成的。设备能够通过浪涌试验，并不意味着也能通过电快速脉冲试验。一方面是因为后者的频率成份远高于前者，具备不同的干扰机理，令一方面是因为电快速脉冲试验中施加的干扰是重复性，这对电路具有一种积分效应，是电路中的积分型抗干扰电路实效。,第五个问题：,静电放电现象,放电电流,I,1ns,100,ns,I,t,当充有电荷的物体靠近或接触一个导体时，电荷就要发生转移，这就是静电放电现象。静电放电会导致电子设备的误动作和电路的损坏。静电放电发生的非常快，因此放电电流的上升沿很陡，具体数值取决于放电回路的电感。图中所示的是人体放电的波形。,静电放电试验装置,水平耦合板,1.6,0.8,m,EUT,绝缘垫,垂直耦合板,500,m,m,正方形，距,EUT100mm,直接对,EUT,放电,垂直板间接放电,绝缘桌,参考地板 1,m,2,边沿比耦合板外延 500,mm,耦合板通过470,k,电阻接地,对于落地设备，水平耦合板=垂直耦合板，,EUT,放在100,mm,厚的绝缘板上,水平板间接放电,根据静电放电对设备造成危害的机理，静电放电试验也从两个方面进行，一种是直接放电试验，另一种是感应场试验。,直接放电试验：,这种试验模拟了在实际环境中，导电物体与设备接触时发生的静电放电现象。按照标准的要求，对设备上能够被触及的部位都要做这个试验。当在某个部位发生静电放电时，静电放电电流直接经过设备流向大地，具体采取什么路径取决于设备的结构。直接放电试验又分为接触放电和非接触放电。接触放电试验中，放电针直接与受试设备接触。非接触放电试验中，放电针不直接与受试设备接触，通过火花放电。非接触放电模拟了实际中的情况，因为在实际中，带电物体都是逐渐接近设备的。,感应放电：,这个试验不是直接在受试设备上放电，而是在附近的接地金属板上放电，当发生放电时，金属板附近会产生电磁场，试验的目的是看设备是否会受到这个电磁场的影响。这个试验模拟了设备附近一个设备发生静电放电的情况。,试验波形：,不仅静电的幅度会影响试验的结果，而且干扰的波形也很重要。为了保证实验的可重复性，和与现实中干扰的相似性，对波形明确定义是十分必要的。,第六个问题：,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，并且不考虑相位因素,。,示波器观察,频谱分析仪观察,由于,EMC,的标准都是在频域中规定的，因此我们必须能够在频域中对干扰进行分析。付氏变换就是这样一种工具。对于非周期性的信号，用付氏变换将信号从时域变换到频域。得到的频域波形称为频谱。对于非周期信号，频谱是连续的。对于周期性信号，用付氏级数进行变换。这时的频谱是离散的。即只在有限的频率点上有能量。由于周期信号有限的能量分布在有限的频率上，因此周期信号的能量更集中，所以干扰作用更强。频谱分析仪可以对干扰信号的频谱进行测量。,频谱分析仪,幅度,频率,扫描速率（时间）,分辨带宽,频率范围,频谱分析仪是做电磁兼容诊断、测量的重要工具,:,频谱分析仪能够快速地在较宽的频率范围内扫描，因此是诊断电磁干扰发射的方便工具。使用频谱分析仪时需要注意的问题：频谱分析仪不能观测瞬间干扰，如静电放电、雷电等；频谱分析仪的扫描时间不能设置得太短，即不能使扫描速度太快；从频谱分析仪屏幕上读取频率与幅度数据时，其精度与频谱仪的扫描范围有关，范围越窄，精度越高；当输入信号过大时，频谱分析仪会发生过载，使读取的幅度数据比实际的小，用输入衰减器可以避免过载；减小频谱仪的中频带宽可以提高仪器的灵敏度（和选择性），但扫描时间会更长；宽带信号的幅度会随着中频分辨带宽的增加而增加；,电磁干扰,(EMI),接收机是另一种测量电磁干扰的设备，许多人在选购仪器时搞不懂接收机与频谱仪之间的区别，下面做一简单比较：所有的接收机都标准配置预选器（频谱仪需要选配），能够有效地抑制带外噪声；所有的接收机用基频混频方式（频谱仪使用基频和谐频混频），具有较高的灵敏度；接收机的中频滤波器为矩形（频谱仪的中频滤波器为高斯形），具有更好的选择性；接收机适合于正式测量，不适合于诊断。,脉冲信号的频谱,T,1/,d,1/,t,r,d,t,r,谐波幅度,（电压或电流）,频率（对数）,-,20,dB/,dec,-,40,dB/,dec,A,V(or I)=2A(d+,tr,)/T,V(or I)=0.64A/,Tf,V(or I)=0.2A/Tt,r,f,2,脉冲电路的应用才导致了日益严重的电磁兼容问题。这是由于脉冲信号具有丰富的谐波，因此对应很宽的频谱。用傅立叶级数（对周期脉冲信号）或傅立叶变换（对非周期信号）可以求出脉冲信号的频谱。,电磁兼容分析中的化简：,在分析电磁兼容问题时，有两个特殊条件可以利用，使问题简化。一个是通常不考虑相位，仅考虑频谱的幅度；另一个是，通常考虑最坏情况。因此，在分析中，常将频谱用最大幅度的包络线来表示。,周期性脉冲信号的频谱包络：,图中所示的是周期性脉冲信号的频谱包络线。周期信号对应的频谱是离散谱，每根谱线的距离是脉冲重复频率的整倍数。这个包络线上有两个拐点，一个在,1/,d,处，另,一个在,1/,tr,处。,在,1/,d,以下，包络线幅度保持不变，,在,1/,d,至,1/,tr,之间，幅度以,20dB/dec,的速率下降，,在,1/,tr,以上，以,40dB/dec,下降,。,1/,tr,的频率称为脉冲信号的带宽,。脉冲信号的上升时间越短，则信号的频带越宽。,非周期的脉冲信号的频谱：,由于非周期性脉冲信号的频谱是连续谱，因此用频谱强度来表示。频谱强度以一定频带内的信号强度来计量,.,说明：,周期信号是电磁干扰发射的主要因素，因此设计中要特别注意时钟信号、振荡器等产生的干扰。,第七个问题：,电磁兼容的工程方法,1 测试修改法 2 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,措施,概念 设计 产品 市场,阶段,电磁兼容措施一定要在设计中考虑。考虑得越早，问题越简单，解决问题所需要的成本越低。保证产品的电磁兼容性有两个方法：,测试修改法：,在设计过程中几乎不考虑电磁兼容性，样机完成后，在对样机进行测试的过程中发现问题，然后进行修改，再测试，再修改，直到样机满足要求。可以想象的出来，这种方法的设计盲目性极强，在最后阶段往往要花费大量的时间来测试修改（调试）样机，最终解决方案一般不是最佳（成本最低）的。,优点：,设计阶段节省专业电磁兼容支持所增加的成本。,缺点：,在产品的最后阶段解决电磁兼容问题不仅困难大，而且成本很高。这种方法适合比较简单的设备。,系统设计法：,在产品的设计过程中仔细预测各种可能发生的电磁兼容问题（可用电磁兼容预测软件进行辅助分析），并从设计的一开始就采取各种措施，避免电磁兼容问题。由于在设计阶段采取电磁兼容措施，因此可以采取电路与结构相结合的技术措施。采取这种方法通常能在正式产品完成之前解决,90,的电磁兼容问题。,优点：,成功率高，节省开发时间，使设计达到最优化（产品成本低）,缺点：,对设计人员电磁兼容水平的要求高，有时需要专门的电磁兼容技术支持，增加设计成本。对于较复杂的设备，最好采取这种方法。,